多能源互補的分布式供能系統專(zhuān)題四：正逆耦合循環(huán)

分布式冷熱電聯(lián)供系統（CCHP）已被國內外公認為是節能減排的一項前沿技術(shù)，在美國、日本以及歐洲已得到了快速發(fā)展，我國也非常重視分布式供能技術(shù)研發(fā)，被國家科技中長(cháng)期發(fā)展規劃列為四項前沿技術(shù)之一。發(fā)電裝置排煙余熱的梯級利用是分布式供能系統取得節能效益的關(guān)鍵，目前分布式供能系統中，300~500℃的發(fā)電機組排煙直接用于驅動(dòng)吸收式制冷系統，而制冷機吸熱溫度僅為100~200℃，帶來(lái)了較大的不可逆損失。減低大溫降余熱利用的溫度斷層，提高能量利用效率，是分布式冷熱電聯(lián)供系統急需解決的關(guān)鍵難題?；谡嫜h(huán)耦合的功冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具有解決這一難題的潛力，具有很好的應用前景。

1.　 正逆循環(huán)耦合系統簡(jiǎn)介

正逆循環(huán)耦合系統，是指在分布式供能系統中設置在燃機下游的一種熱力循環(huán)，該循環(huán)通過(guò)將做功正循環(huán)和制冷逆循環(huán)的系統集成，對煙氣余熱進(jìn)行梯級利用，最大限度地減少余熱利用過(guò)程的不可逆損失?？偟南到y集成原則是余熱的高溫部分（200℃以上）用于驅動(dòng)做功子循環(huán)，余熱的低溫部分（200℃以下）和做功子循環(huán)排放的低溫熱量由吸收式制冷循環(huán)加以利用。根據正循環(huán)和逆循環(huán)的集成方式不同，可以分為閉式系統和開(kāi)式系統。閉式系統是指做功和制冷兩個(gè)子循環(huán)是各自封閉的循環(huán)，二者只有能量交換，沒(méi)有物質(zhì)交換，該類(lèi)系統主要實(shí)現了熱量的梯級利用；開(kāi)式系統是指做功和制冷兩個(gè)子循環(huán)通過(guò)某些部件連接在一起，既有能量交換也有物質(zhì)交換，該類(lèi)系統在實(shí)現熱量梯級利用的同時(shí)，也實(shí)現了工質(zhì)有效成份的合理利用。

2.　 國內外研究現狀

基于正逆循環(huán)耦合的功冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在國內外的研究較為活躍，相關(guān)研究已經(jīng)從余熱利用領(lǐng)域拓展到了太陽(yáng)能、地熱等中低溫可再生能源的利用。但相關(guān)研究工作剛剛起步，仍然以系統集成研究，系統模擬與理論分析，小型試驗驗證為主。所采用的工質(zhì)類(lèi)型可以分為混合工質(zhì)和純工質(zhì)，根據所采用的工質(zhì)類(lèi)型，可以將現有的功冷并供系統分為以下兩大類(lèi)：第一類(lèi)是基于混合工質(zhì)吸收式動(dòng)力循環(huán)和吸收式制冷循環(huán)等單元技術(shù)發(fā)展而來(lái)的混合工質(zhì)功冷并供系統；第二類(lèi)是基于有機朗肯循環(huán)和噴射式制冷循環(huán)等單元技術(shù)結合而成的純工質(zhì)功冷并供系統。氨水二元非共沸混合物具有變溫蒸發(fā)的特性，可以與顯熱熱源進(jìn)行良好的熱匹配，同時(shí)氨水工質(zhì)具有良好的制冷性質(zhì)，是一種常用的吸收式制冷工質(zhì)對，因此，氨水被認為是正逆循環(huán)耦合系統的最佳工質(zhì)之一，以氨水為工質(zhì)的正逆循環(huán)耦合的功冷聯(lián)產(chǎn)系統研究成為目前的研究主流。

3.　 分布式供能與可再生能源實(shí)驗室的研究基礎和研究特色

分布式供能可再生能源實(shí)驗室從正逆循環(huán)耦合機理、系統集成以及實(shí)驗等多方面對功冷并供系統進(jìn)行了較為深入的研究。提出了具有自主知識產(chǎn)權的正逆循環(huán)耦合的功冷聯(lián)產(chǎn)系統，已經(jīng)申請6項國家發(fā)明專(zhuān)利授權（已獲得授權2項），相關(guān)研究成果發(fā)表了一系列高水平國際論文，并搭建了一套氨水吸收式制冷實(shí)驗臺，開(kāi)展了相關(guān)試驗，為進(jìn)一步研發(fā)正逆循環(huán)耦合的功冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)奠定了理論基礎。實(shí)驗室在該方向的研究特色主要體現在循環(huán)集成理論方面，在能量耦合方面，揭示了熱量的梯級利用關(guān)系，從外熱源的利用深入到循環(huán)內部熱量的梯級利用；在物質(zhì)耦合方面，發(fā)現了正循環(huán)工質(zhì)濃度差在制冷子循環(huán)中回收利用的潛力和方法。

作者：分布式供能與可再生能源實(shí)驗室 韓巍 孫流莉