提要：樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)(BCHP)是一個(gè)新的能源利用概念，在世界能源領(lǐng)域倍受關(guān)注。整合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)與吸收式制冷技術(shù)是科學(xué)實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用的有效方式。給出了美國(guó)馬里蘭大學(xué)BCHP系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)、組成、測(cè)試及性能分析，對(duì)系統(tǒng)商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和發(fā)展前景展望。
關(guān)鍵詞：樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn) 溴化鋰吸收式冷溫水機(jī) 渦輪發(fā)電機(jī) 節(jié)能
0 引言
1996年聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署委員、美國(guó)能源部高級(jí)顧問(wèn)、美國(guó)燃?xì)庵评渲行模ˋGCC）執(zhí)行董事Richard.S.Sweetser(理查德·S·斯威澤)先生出版了《燃?xì)庵评湓怼芬粫?shū)，書(shū)中深入評(píng)價(jià)了溴化鋰吸收式燃?xì)庵评浜碗娭评涞脑O(shè)備性能、設(shè)備成本和運(yùn)行成本等，充分論述了燃?xì)庵评浼夹g(shù)已成為傳統(tǒng)電制冷的可替代技術(shù)，詳細(xì)描述了其最新技術(shù)發(fā)展。理查德認(rèn)為：制冷、采暖和濕度控制在人類生活中日益重要，而改善電網(wǎng)和供電質(zhì)量對(duì)經(jīng)濟(jì)的壓力越來(lái)越大，因此，削減高峰電力負(fù)荷的空調(diào)產(chǎn)品才是用戶的真正利益。這使得以溴化鋰吸收式制冷為技術(shù)核心發(fā)展而來(lái)的樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生了一個(gè)良好的發(fā)展前景：其一，分散式電源可大大減輕電網(wǎng)擴(kuò)建規(guī)模，節(jié)約大量資源，使遠(yuǎn)距離輸電損失通過(guò)BCHP節(jié)省下來(lái)；其二，吸收式制冷技術(shù)使能量得到梯級(jí)利用，能效大幅提高，同時(shí)減排二氧化碳，保護(hù)了環(huán)境；其三，冷、熱、電能源不再依賴外部電網(wǎng)，具備獨(dú)立性和可靠性。
1999年3月11日～3月12日·芝加哥會(huì)議，美國(guó)能源部規(guī)劃了BCHP在樓宇應(yīng)用上的技術(shù)發(fā)展步驟，規(guī)劃倡導(dǎo)能源綜合利用技術(shù)，包括世界先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃料電池、溴化鋰吸收式制冷機(jī)、能源輸送系統(tǒng)、回收系統(tǒng)及控制集成技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)樓宇冷熱電能源自給，并從整體上提高一次能源的轉(zhuǎn)換效率，提出了BCHP 2000宣言：BCHP將成為商業(yè)、機(jī)構(gòu)建筑高效使用礦物能源的典范。
2000年10月，美國(guó)能源部能源資源分配辦公室BCHP應(yīng)用經(jīng)理Ronald Fiskin先生及University of Maryland(下 稱"馬里蘭大學(xué)")、Oak Ridge National Lab（橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）等專家學(xué)者一行23人考察了遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司開(kāi)發(fā)的BCHP系統(tǒng)裝置，并簽署《雙方合作諒解備忘錄》，就此中、美兩方為共同開(kāi)發(fā)BCHP應(yīng)用領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵性一步。根據(jù)"備忘錄"精神，馬里蘭大學(xué)向遠(yuǎn)大空調(diào)購(gòu)置一套制冷量為23USRt和發(fā)電量為75 kW的BCHP系統(tǒng)，以提供學(xué)院樓宇冷熱電負(fù)荷需求和科研使用。 馬里蘭大學(xué)位于美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市約5英里處，建于1862年，是世界最負(fù)盛名的綜合性大學(xué)之一，在廣泛的學(xué)科與交叉學(xué)科領(lǐng)域具備良好的知識(shí)創(chuàng)新機(jī)制，在能源和環(huán)境研究及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域處于世界水平，溴化鋰吸收式制冷是其重要的分支專業(yè)學(xué)科。
1 原理
BCHP系統(tǒng)選用美國(guó)微型渦輪發(fā)電機(jī)。渦輪機(jī)、壓氣機(jī)和發(fā)電機(jī)都置于一個(gè)單軸上，壓氣機(jī)將助燃空氣通過(guò)單級(jí)徑向壓縮進(jìn)回?zé)崞鳎瑝嚎s空氣被尾氣廢熱加熱后進(jìn)入燃燒室與燃料混合，燃燒進(jìn)一步升溫。燃燒空氣在渦輪機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)，渦輪機(jī)尾氣進(jìn)入換熱器與空氣換熱。發(fā)電機(jī)輸出三相可變頻/可變電壓，輸出電力通過(guò)逆變器將可變電壓/可變頻率轉(zhuǎn)換為固定電壓/固定頻率，向終端供電。渦輪發(fā)電機(jī)自備可選擇電池包，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)異常，都能確保系統(tǒng)不間斷供電，實(shí)現(xiàn)其獨(dú)立和并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，渦 輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行噪音在65dB（A）以下。排氣清潔，給回收尾氣余熱提供了良好條件。
將發(fā)電機(jī)280℃的尾氣導(dǎo)入溴化鋰吸收式制冷機(jī)，加熱發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰溶液并產(chǎn)生蒸汽，蒸汽冷凝為冷劑水后在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，制取空調(diào)冷水（額定出口溫度6.7℃），帶走空調(diào)系統(tǒng)熱量，冷劑水蒸發(fā)為蒸汽被吸收器濃溶液吸收，形成稀溶液，再返回至發(fā)生器加溫濃縮。制熱時(shí)，發(fā)電機(jī)尾氣導(dǎo)入制冷機(jī)發(fā)生器，將溶液加熱產(chǎn)生蒸汽，高溫蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)加熱空調(diào)水，制取采暖溫水（額定出口溫度50℃）。
傳統(tǒng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)是將發(fā)電機(jī)尾氣通過(guò)余熱鍋爐轉(zhuǎn)換為蒸汽，再用蒸汽制冷，這樣能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜，能效低，且不安全。馬里蘭大學(xué)BCHP系統(tǒng)沒(méi)有尾氣換熱中間環(huán)節(jié)，直接將尾氣應(yīng)用于溴化鋰吸收式制冷機(jī)，以提供制冷和采暖。
2 設(shè)計(jì)
BCHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常依據(jù)下述原則：一種是"以電定冷（熱）"，即根據(jù)樓宇配電負(fù)荷來(lái)確定發(fā)電機(jī)功率，冷熱根據(jù)發(fā)電機(jī)尾氣余熱來(lái)配套制冷和制熱設(shè)備，這種方式注重了余熱回收效率，再考慮樓宇冷熱負(fù)荷要求；另一種方式是"兼顧冷熱電負(fù)荷"，這種方式是根據(jù)樓宇冷熱電負(fù)荷來(lái)成套BCHP系統(tǒng)，兼顧余熱利用效率和樓宇能源負(fù)荷，綜合性能好。當(dāng)然，影響B(tài)CHP系統(tǒng)配置方式的因素很多，系統(tǒng)必須根據(jù)樓宇的具體情況而定。馬里蘭大學(xué)BCHP系統(tǒng)是典型"以電定冷"的項(xiàng)目，但其可以提供學(xué)院綜合樓的冷熱電能源需要，同時(shí)滿足了科研要求。渦輪發(fā)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表1；溴化鋰吸收式制冷機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表2。
項(xiàng) 目 單 位 參 數(shù) 備 注
額定功率 kW 75 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下
天然氣耗量 m3/h 27 壓力≥0.62MPa(絕對(duì)壓力)
熱電效率 % 28.5 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下
排氣溫度 ℃ 280
排氣流量 kg/s 0.67/0.76 并網(wǎng)運(yùn)行/獨(dú)立運(yùn)行
NOX排放 ppm ＜13 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下滿負(fù)荷狀況
項(xiàng) 目 參 數(shù) 項(xiàng) 目 參 數(shù)
機(jī)組型號(hào) BD7N280－15 制熱量 114 kW
制冷量 23USRt 溫水出口溫度 50℃
冷水出/入口溫度 6.7℃/12.2℃ 溫水流量 19.6 m3/h
冷水流量 12.8m3/h 尾氣入口溫度 280℃
冷卻水出/入口溫度 36℃/29.4℃ 配電量 1.2kW
冷卻水流量 24.3m3/h
關(guān)鍵詞：樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn) 溴化鋰吸收式冷溫水機(jī) 渦輪發(fā)電機(jī) 節(jié)能
0 引言
1996年聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署委員、美國(guó)能源部高級(jí)顧問(wèn)、美國(guó)燃?xì)庵评渲行模ˋGCC）執(zhí)行董事Richard.S.Sweetser(理查德·S·斯威澤)先生出版了《燃?xì)庵评湓怼芬粫?shū)，書(shū)中深入評(píng)價(jià)了溴化鋰吸收式燃?xì)庵评浜碗娭评涞脑O(shè)備性能、設(shè)備成本和運(yùn)行成本等，充分論述了燃?xì)庵评浼夹g(shù)已成為傳統(tǒng)電制冷的可替代技術(shù)，詳細(xì)描述了其最新技術(shù)發(fā)展。理查德認(rèn)為：制冷、采暖和濕度控制在人類生活中日益重要，而改善電網(wǎng)和供電質(zhì)量對(duì)經(jīng)濟(jì)的壓力越來(lái)越大，因此，削減高峰電力負(fù)荷的空調(diào)產(chǎn)品才是用戶的真正利益。這使得以溴化鋰吸收式制冷為技術(shù)核心發(fā)展而來(lái)的樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生了一個(gè)良好的發(fā)展前景：其一，分散式電源可大大減輕電網(wǎng)擴(kuò)建規(guī)模，節(jié)約大量資源，使遠(yuǎn)距離輸電損失通過(guò)BCHP節(jié)省下來(lái)；其二，吸收式制冷技術(shù)使能量得到梯級(jí)利用，能效大幅提高，同時(shí)減排二氧化碳，保護(hù)了環(huán)境；其三，冷、熱、電能源不再依賴外部電網(wǎng)，具備獨(dú)立性和可靠性。
1999年3月11日～3月12日·芝加哥會(huì)議，美國(guó)能源部規(guī)劃了BCHP在樓宇應(yīng)用上的技術(shù)發(fā)展步驟，規(guī)劃倡導(dǎo)能源綜合利用技術(shù)，包括世界先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃料電池、溴化鋰吸收式制冷機(jī)、能源輸送系統(tǒng)、回收系統(tǒng)及控制集成技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)樓宇冷熱電能源自給，并從整體上提高一次能源的轉(zhuǎn)換效率，提出了BCHP 2000宣言：BCHP將成為商業(yè)、機(jī)構(gòu)建筑高效使用礦物能源的典范。
2000年10月，美國(guó)能源部能源資源分配辦公室BCHP應(yīng)用經(jīng)理Ronald Fiskin先生及University of Maryland(下 稱"馬里蘭大學(xué)")、Oak Ridge National Lab（橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）等專家學(xué)者一行23人考察了遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司開(kāi)發(fā)的BCHP系統(tǒng)裝置，并簽署《雙方合作諒解備忘錄》，就此中、美兩方為共同開(kāi)發(fā)BCHP應(yīng)用領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵性一步。根據(jù)"備忘錄"精神，馬里蘭大學(xué)向遠(yuǎn)大空調(diào)購(gòu)置一套制冷量為23USRt和發(fā)電量為75 kW的BCHP系統(tǒng)，以提供學(xué)院樓宇冷熱電負(fù)荷需求和科研使用。 馬里蘭大學(xué)位于美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市約5英里處，建于1862年，是世界最負(fù)盛名的綜合性大學(xué)之一，在廣泛的學(xué)科與交叉學(xué)科領(lǐng)域具備良好的知識(shí)創(chuàng)新機(jī)制，在能源和環(huán)境研究及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域處于世界水平，溴化鋰吸收式制冷是其重要的分支專業(yè)學(xué)科。
1 原理
BCHP系統(tǒng)選用美國(guó)微型渦輪發(fā)電機(jī)。渦輪機(jī)、壓氣機(jī)和發(fā)電機(jī)都置于一個(gè)單軸上，壓氣機(jī)將助燃空氣通過(guò)單級(jí)徑向壓縮進(jìn)回?zé)崞鳎瑝嚎s空氣被尾氣廢熱加熱后進(jìn)入燃燒室與燃料混合，燃燒進(jìn)一步升溫。燃燒空氣在渦輪機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)，渦輪機(jī)尾氣進(jìn)入換熱器與空氣換熱。發(fā)電機(jī)輸出三相可變頻/可變電壓，輸出電力通過(guò)逆變器將可變電壓/可變頻率轉(zhuǎn)換為固定電壓/固定頻率，向終端供電。渦輪發(fā)電機(jī)自備可選擇電池包，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)異常，都能確保系統(tǒng)不間斷供電，實(shí)現(xiàn)其獨(dú)立和并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，渦 輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行噪音在65dB（A）以下。排氣清潔，給回收尾氣余熱提供了良好條件。
將發(fā)電機(jī)280℃的尾氣導(dǎo)入溴化鋰吸收式制冷機(jī)，加熱發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰溶液并產(chǎn)生蒸汽，蒸汽冷凝為冷劑水后在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，制取空調(diào)冷水（額定出口溫度6.7℃），帶走空調(diào)系統(tǒng)熱量，冷劑水蒸發(fā)為蒸汽被吸收器濃溶液吸收，形成稀溶液，再返回至發(fā)生器加溫濃縮。制熱時(shí)，發(fā)電機(jī)尾氣導(dǎo)入制冷機(jī)發(fā)生器，將溶液加熱產(chǎn)生蒸汽，高溫蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)加熱空調(diào)水，制取采暖溫水（額定出口溫度50℃）。
傳統(tǒng)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)是將發(fā)電機(jī)尾氣通過(guò)余熱鍋爐轉(zhuǎn)換為蒸汽，再用蒸汽制冷，這樣能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜，能效低，且不安全。馬里蘭大學(xué)BCHP系統(tǒng)沒(méi)有尾氣換熱中間環(huán)節(jié)，直接將尾氣應(yīng)用于溴化鋰吸收式制冷機(jī)，以提供制冷和采暖。
2 設(shè)計(jì)
BCHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常依據(jù)下述原則：一種是"以電定冷（熱）"，即根據(jù)樓宇配電負(fù)荷來(lái)確定發(fā)電機(jī)功率，冷熱根據(jù)發(fā)電機(jī)尾氣余熱來(lái)配套制冷和制熱設(shè)備，這種方式注重了余熱回收效率，再考慮樓宇冷熱負(fù)荷要求；另一種方式是"兼顧冷熱電負(fù)荷"，這種方式是根據(jù)樓宇冷熱電負(fù)荷來(lái)成套BCHP系統(tǒng)，兼顧余熱利用效率和樓宇能源負(fù)荷，綜合性能好。當(dāng)然，影響B(tài)CHP系統(tǒng)配置方式的因素很多，系統(tǒng)必須根據(jù)樓宇的具體情況而定。馬里蘭大學(xué)BCHP系統(tǒng)是典型"以電定冷"的項(xiàng)目，但其可以提供學(xué)院綜合樓的冷熱電能源需要，同時(shí)滿足了科研要求。渦輪發(fā)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表1；溴化鋰吸收式制冷機(jī)技術(shù)指標(biāo)如表2。
項(xiàng) 目 單 位 參 數(shù) 備 注
額定功率 kW 75 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下
天然氣耗量 m3/h 27 壓力≥0.62MPa(絕對(duì)壓力)
熱電效率 % 28.5 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下
排氣溫度 ℃ 280
排氣流量 kg/s 0.67/0.76 并網(wǎng)運(yùn)行/獨(dú)立運(yùn)行
NOX排放 ppm ＜13 15℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下滿負(fù)荷狀況
項(xiàng) 目 參 數(shù) 項(xiàng) 目 參 數(shù)
機(jī)組型號(hào) BD7N280－15 制熱量 114 kW
制冷量 23USRt 溫水出口溫度 50℃
冷水出/入口溫度 6.7℃/12.2℃ 溫水流量 19.6 m3/h
冷水流量 12.8m3/h 尾氣入口溫度 280℃
冷卻水出/入口溫度 36℃/29.4℃ 配電量 1.2kW
冷卻水流量 24.3m3/h