热电联供

热电联产手册

本手册仅为热电联产潜在客户提供热电联产的简要介绍，并给出需要考虑的几个重要方面。

就如贯穿本手册所述那样，用户最终决定是否购买、安装和使用热电联产系统取决于不同用户的下列考虑：各种不同的财务、税务、技术、环境与法律含义、要求、限制或影响，这些因素对每个特定的项目或项目现场都适用。每个项目有不同的情况，因此买方应从维护您利益的资深专家那里得到这些复杂事项的具体建议。

本手册并非为推销热电联产系统或任何与此相关的设备而写，也不作为它们的报价。

就这点而言，热电联产系统的购买与销售仅取决于书面协议，书面协议将会阐明某个特定销售的所有条款与条件，包括但不限于，所有设备与系统的担保，及所有与性能和技术规格有关陈述。本手册中的任何信息、陈述或计算及由此衍生的结果均不能作为购买和销售热电联产系统或任何相关设备的依据，也不能作为协议的一个组成部分。

瓦克夏发动机部门仅希望通过本手册的介绍增加人们对热电联产的关注

热电联产手册

目录

第一节第五节

热电联产 1 制冷&空调原理 5

介绍1

-1 室内制冷系统5

-1

什么是热电联产？1

-1 机械驱动蒸发压缩5

-2

传统电力公司1

-1 吸收系统5

-3

小热电联产设备1

-2 蒸发制冷系统5

-4

热电联产什么时候具有经济性？

1

-3

吸收应用5

-5

热电联产历史1

-4

现状1

-5

第六节

热电联产法规1

-5

加热、通风和空调 6

当今技术1

-7 概述6

-1

热电联产模式1

-7 用户能量要求6

-1

电网互联1

-8 加热要求6

-1 工业领域要求6

-2

第二节

主动力与余热回收 2 第七节

原动机2

-1

热电联产经济性7

燃料转换效率2

-1 经济分析要求7

-1

发动机-发电机组功率标定2

-1 主要费用参数7

-1

往复式发动机2

-2 投资成本7

-6

往复式发动机余热回收2

-2 经济评估过程7

-6

往复式发动机分类2

-6

原动机的选择2

-8

第八节

术语8

-1 第三节

发电机与公共电网联网 3 第九节

概述3

-1

附录9

发电机3

-1

附录1 –示图、图表和表格索

引

9

-1

电网互联3

-2 附录2 –换算和公式9

-2

互联设备3

-3

第四节

法律与财务问题 4 热电联产利益4

-1 公用事业管制政策法4

-1 经济复兴税法4

-3 预算赤字削减法4

-5 热电联产财务安排4

-5

第一节 热电联产

介绍

热电联产是通过投资高效率的现场发电站取得控制与减少能量费用的机会。简单地说，热电联产系统就是把通常被浪费的热能回收，用它来满足部分或全部热能需求。通过这种方式热电联产设备现场减少了从外面购买能量的需求总量，这样就减少了用于公用设施的整体费用。

当然就如其它投资机会一样，热电联产也不是对所有人都适合的。如果燃料与电费的组合有利，并且用户可以充分利用热电联产系统产生的能源，那么热电联产就是一个明智的投资，如果要素组合适当，可以减少33%-50%的能源费用。下面的资料将会更详细地描述热电联产系统，并且帮助您决定它是否是您能源的未来。

什么是热电联产？

美国热能、制冷和空调工程协会（ASHRAE ）告诉我们热电联产是对初级能源的阶梯使用，产生二种有用能量 - 热和电。这意味什么呢？由热电联产产生的能量与从电网和燃料供应商那里购买能量有什么不同？热电联产用户怎么能自己发出比电力公司更便宜的电？而后者是在电力行业，有许多大发电厂组成的电网，有专业工程人员并且有能力大批量购买燃料。

传统电力公司

为了理解热电联产系统，你首先需要对发电和电力分配有所了解。今天在美国所使用的电力大部分是由大蒸汽轮循环装置提供，大多数这类装置使用煤或核燃料，同时还使用各种其它燃料，如油、天然气、水力和其它可再生燃料。根据您所处的地区，混合燃料会或多或少包括油和天然气。

典型蒸汽循环装置使用锅炉产生高压、高温蒸汽，然后蒸汽在汽轮机中膨胀。为了获得最高效率，从蒸汽轮机中排出的蒸汽以远低于大气的压力进入低温冷凝器。今天，基本蒸汽循环装置的电效率能够达到35%。

但是，燃料中还是有大约65%的能量没有转换成电，而是“丢失了”。感觉上似乎能量是在锅炉那里丢失的，虽然大部分燃料转换成了蒸汽，但其中一部分燃料能量通过烟囱排了出去。实际上，只有一部分传递给汽轮机的蒸汽能量传递给了电机，而更大一部分能量，通常是低至125°（52℃）被加热的水，在冷凝器处通过冷却塔排到空气中或直接排到附近的湖、河或海洋中，参见图1。

图1：蒸汽循环电站

这样的热能损失并不一定表示设计粗心或浪费，这恰恰是因为设计了集中式电厂系统，电厂的电输出与效率最高只能如此！电力公司是在销售电力的行业内，并且在努力以尽可能

最低的费用产生更多的电。虽然燃料对功率的效率在改进，但即使效率最高的系统通常也要损失燃料输入能量的五分之三。

并不是所有由集中式电厂生产的电力都到达终端用户- 为燃料付全额费用的人，通常输电线路和当地分配系统的效率大致为90%，另有10%在传输过程中损耗了。总得说来，集中式电厂最多只能将燃料的33%能量作为电力传送给用户，其它部分则被损耗！

一个重要的问题是这些丢失的能量到底值多少钱？在1983年，一家514MW燃煤电厂以32%的年燃料对电效率运行，需要烧掉超过价值$50，000，000的煤，这些燃料费用几乎占电厂总运行成本的80%，能量损失高达$34，000，000！部分能量在锅炉通过烟囱排出，而大部分则被排到附近的河中，另有$1，600，000在电网本身中损耗。

在1983年，此电网在燃料上的花费了$400，000，000，而这$400，000，000产生了十亿美元的营业额！传统电力公司在尽可能多地发电的同时，浪费了它所使用的大部分燃料能量。

如果如上所述的514MW电厂处于可以使用电厂热量的设施附近，它也许可以收回并使用$34，000，000损失能源的大部分。即使电厂产出的电力有所减少，但产出的电与热的整体价值得以提升。事实上，在美国各地有许多大工业设施与各种电力公司以这种方式合作–回收余热并使用它，以减少他们的整体费用。这种情况即使在美国西北部也是如此，即使那里许多电力是由电网购买低价水电所提供。

但是大多数能源用户并不是大工业用户，也没有自己的工程人员。他们不需要500MW 电和热能，并且他们也无法从大宗燃料采购和规模运行中取得经济效益。他们中的大部分没有能力或意愿烧煤，那么他们如何从热电联产中取得经济效益呢？

小热电联产机组

某些热电联产系统大至几百兆瓦，但大多数并非如此。热电联产系统可以很小，如瓦克夏45kW模块，此外热电联产机组不必烧煤，大多数系统可以使用天然气或燃油有效地工作。

在热电联产系统中发动机通常是用来驱动发电机，燃料以25%-30%的效率转换为电。但与集中式电厂不同，热电联产机组安装在热能用户附近，因此在发动机排气和冷却水中排出的余热可用于满足用户的热能需要。百分之五十或更多的燃料能量可用于满足此要求，这使得系统的整体效率达80%或更多，参见图2A&2B。

热电联产机组顺序使用燃料做功二次，首先在发动机中产生动力，然后利用热水或蒸汽采暖或制冷。对于相同量的燃料，热电联产机组比基本负载集中式电厂产出的电要少一些，但整体能源效率更高。

那么什么是热电联产？热电联产是一个系统，它使用燃料，通常是天然气或油，顺序产出二种形式有用的能量。热电联产既满足热能也满足电能需要，最重要是它比传统电网系统更有效，因此热电联产可大幅降低运行成本。

系统已经成功地使用垃圾填埋气、污水气和可替代燃料运行，适当的设备与燃料选择取决于环保要求、法规、终端用户的能量需求和相对费用及是否可得到所需的燃料。

使用热电联产系统的所有要求就是要使用热能与动能，动能可以是以电的形式或可以是机械能，热电联产机组可以提供压缩空气用于工业加工，热能需求也不必是采暖负荷，回收热可以利用吸收式制冷设备制冷，热电联产系统要求有二种形式的可用能量的输出和使用，参见图3。

热电联产什么时候具有经济性？

热电联产并非总能产出最低的电和热能，在美国的某些地区电力价格很便宜，并且有足够的贮量保证持续提供低价电力，在这种情况热电联产系统的运行周期成本也许超过传统的电力网服务的费用。如果终端用户不能有效利用“丢失”的热，那么热电联产也许不经济。