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科研成果展示->我中心成功研制燃气发动机空调系统
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我中心成功研制燃气发动机空调系统
所属类型:科研成果展示   |   阅读次数:20875  
 

  在上海市科委的支持下,上海交通大学燃烧与环境技术中心与制冷研究所共同研制成功“燃气发动机热泵系统”,取得了高效低排放、强制冷能力的效果,该系统目前正处于系统优化阶段。该研究成果对降低上海市电力负荷峰谷差,保护上海市的大气环境质量,具有重要意义,应用前景广阔。
  上海市的电力峰谷差逐年增长,2002年电力尖峰负荷增加到1235.1万千瓦,日最大峰谷差543.9万千瓦,占最高用电负荷的44.0%,季节性峰谷差874万千瓦。2003年夏季电力最高负荷达到1362万千瓦,空调负荷占45%,冬季最高负荷达到1132万千瓦,其中空调用电负荷占40%。预计到2005年峰值负荷将达2150万千瓦,2010年达到3120万千瓦,空调负荷约为50%。为了满足空调在高峰时期用电,特别是办公楼空调用电,政府需在电力设备方面投入大量资金。
另一方面,上海市的燃气需求负荷特性又正好与电力的情况相反。燃气消费量也随着季节的变化成现出明显的峰谷特征,但夏季平均日供应量相反仅为冬季的60~70%左右。根据电力及燃气的负荷增长率计算,到2005年,如果燃气空调能得到普及,最高用电负荷将比预计的减少8.8%,而峰谷差减少19.6%。同时,天然气居民用气的季节峰谷差也会由于燃气空调的使用而减少一半。可见电力和燃气巨大峰谷差的存在给电力公司和燃气公司的正常生产和供应都造成较大的困难,而城市燃气峰谷与电力峰谷正好有互补性,因此,发展燃气空调将是减少电力系统负荷、扩大天然气消耗量、缩小电力和燃气系统季节性和时段性峰谷差的一种有效措施。
在环境保护方面,燃气空调以天然气作为驱动燃气,其燃烧后的产物中二氧化硫排放仅为燃煤的1/1200,氮氧化物排放为煤的1/5,二氧化碳排放为煤的1/2,烟尘排放为0。据环境专家测算,一台100万大卡/小时的燃气空调一年可以取代电力空调燃烧670吨煤炭,相当于减少排放二氧化硫16吨。
  燃气空调机组主要有直燃式吸收式制冷机组和燃气发动机驱动制冷(或热泵)机组。吸收式冷水机组是以热能(蒸汽、热水、燃油、燃气等)为动力,以浓溶液为吸收剂,水为制冷剂,利用水在高真空状态下低沸点汽化来制取5℃以上空调和工艺用冷媒水的制冷设备。天然气直燃式吸收式制冷机组的热能即来自天然气的直接燃烧,吸收剂通常为溴化锂。这一类型的燃气空调技术已比较成熟,并已得到广泛的应用,在中国也已有远大、双良等具有较大规模的专业生产厂家。
燃气内燃机驱动热泵机组采用内燃机而不是电机来带动机械式制冷设备中所需的压缩机。为提高能源利用效率,系统产生的废热还可回收,用于生产热水或蒸汽。另外,这种燃气内燃机驱动的热泵机组可设计为热泵型式,在不同的温度条件下分别向室内提供冷量或热量,冬季供暖、供热水的总热效率可达130~170%。
吸收式制冷的最大优点在于它可以利用温度较低的低品位热量,而燃气直燃式吸收式制冷机组恰恰是采用了燃烧获得的高温热量,因此直燃式吸收式制冷机组的有效能损失是巨大的,是一种不尽合理的能源利用方式。从制冷系数来看,吸收式制冷在0.6~1,机械式制冷可达3左右。所以,尽管直燃式吸收式制冷机技术已较为成熟,人们仍然在继续探索燃气用于制冷空调的更为理想的途径。
与直燃式吸收式制冷机组相反,燃气发动机驱动热泵机组(GHP)则采用了直接利用高温热源的热力机械,并与制冷效率较高的机械式制冷设备相配合,可以在很大程度上减少整个系统的有效能损失,提高能源利用的质量。
  与电力热泵相比,在制冷工况时,两者基本相当;但在供热工况时,GHP除吸收空气热量外,还可吸收发动机排气热量,因此可在寒冷天气使用,且启动时供热速度也比电力空调迅速。
GHP在日本与欧美国家已有大量应用实例,被广泛利用在商场、医院、宾馆、学校、别墅等场所。在日本,其市场占有率逐渐增大,已经成为一种被广泛接收的绿色能电系统。
在上海市科委的支持下,上海交通大学目前正在进行燃气机热泵相关技术研发与示范工作。已经成功研制燃气发动机热泵冷热水机组,开发了GHP的系统控制硬件及软件,机组试制工作已经完成,取得了高效低排放、强制冷能力的效果,该系统目前正处于系统优化阶段。
我中心开发的系统预期性能指标为:天然气发动机功率约30kW,系统制冷量60~80kW,一次能源利用率预计高达1.45,实现GHP系统的快速响应,达到超低排放的系统示范运行。最终形成具有自主知识产权的高能源利用率、超低排放的GHP系统。 





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上海交通大学燃烧与环境中心

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