双碳热点

双碳目标下燃气热泵的发展优势

来源:蓝焰高科 发布时间:2024-06-19 浏览量:24

以往的空调机一般以电力为动力,电能消耗大,并且空调负荷用电时间集中,我国夏季用电高峰时空调用电负荷已占电力负荷的30%以上。近年来我国电力系统已出现紧缺,一些城市已经在夏季制冷高峰期和冬季取暖高峰期出现了用电告急的现象,不得不采取拉闸限 电的措施。如果为了满足高峰用电量而扩大电厂供电规模,到了用电低谷时又会有大量电厂设备停止工作,造成人员和设备的浪费。最近几年来大城市空调普及是必然的趋势 ,也必然造成电力需求峰谷差日益加大,电力空调对电网越来越成为 “ 不良负荷 ” , 因此迫切需要寻找一种新的空调驱动装置来代替电动机。

燃气发动机使用洁净、高效的天然气作为能源,由内燃机把燃气燃烧后释放的热能转化成机械能并向外输出功,天然气燃烧充分,二氧化碳排放量比燃煤减少40%,比燃油减少20%,环保性能好。特别是,一般情况下民用天然气负荷在冬季较大而在夏季较小,可与电能组成互补的能源。因此用燃气发动机作为空调的驱动装置可以明显改善电能和天然气 的峰谷差。

在与传统电力空调比较的基础上介绍和分析以燃气发动机为驱动装置用于夏季制冷和冬季供暖的燃气热泵的工作原理和特点,以推动燃气热泵在我国的发展改善我国目前电能紧张的局面提高对清洁能源的利用。

热泵以消耗功为条件,实现从低温热源吸收热量转移到高温热源,其低温热源可以是室外环境也可以是被冷却物,所以热泵可以吸取环境温度下的热量而向高温热源供热,或者向环境放热而制造低温的环境。热泵的主要部件包括压缩机蒸发器冷凝器四通换向阀和节流阀。图1所示为一台最简单的蒸气压缩式热泵的工作原理图。热泵制冷时室内机是蒸发器室外机是冷凝器热泵系统将热量从室内转移到室外;供热时室内机是冷凝器,室外机是蒸发器,热泵系统将热量从室外转移到室内。用四通阀实现热泵制冷供热循环的转变。

燃气热泵是以燃气发动机带动压缩机运转的压缩式热泵,代替了传统的以电动机为驱动的方式。从热力学观点出发,GHP可以看作是内燃机的正循环和热泵系统逆循环的组合,内燃机将天然气燃烧时产生热能转化为动力驱动热泵系统的压缩机运转,实现热泵系统将热量从低温热源转移到高温热源的目的考虑到燃气机和压缩机的噪声问题,GHP都做成分体式结构由室内机和室外机组成工作原理见图2。

燃气发动机工作时机组的冷却水和高温排气的热量可以通过换热器回收,用于供应热水或作为热源,还可以用于冬季供暖时冷凝器的除霜,避免了电动热泵所必须的逆循环除霜过程,有效地利用了燃气发动机的余热。

目前,在我国的一次能源结构中煤炭约占74%,天然气约占 1.7%。而在世界能源消耗量的平均构成中煤炭仅为29.8%,天然气为23.7%。可见,我国能源结构中效率低、环境污染严重的煤炭的比例大大超过了世界平均水平,而清洁能源天然气的使用远低于世界平均构成能源结构呈现出严重的不合理现象。这种能源结构的不合理现象产生的严重后果表现在:一方面,按照综合污染指标计算,1吨煤燃烧后污染物的排放量是天然气的89~1701倍,造成我国大气污染的主要指标中近 1/3乃是由煤炭发电所产生的,另一方面我国有着丰富的天然气田和大量与油田、煤层伴生的天然气资源,但是由于种种原因,天然气资源并没有得到合理利用,不少气田在天然气使用淡季把天然气放空烧掉,造成巨大的经济损失和严重的大气污染。

以燃气发动机驱动的相对于传统电力驱动的EHP,具有一次能源利用率高、低温适应性强部分负荷性好等优点,随着我国能源结构的调整,天然气使用量的提高必将推动GHP在我国的发展。

参考文献:

任挪颖,晏刚.燃气热泵的发展优势[J].流体机械,2005,33:28-31