（工程热物理专业论文）热电联产系统性能评价及案例分析.pdf

华北电力大学硕十学位论文 摘要 随着世界各国经济发展的不断加快，能源问题己日益成为全球关注的问题，我国 也逐步重视能源问题和节能工作的开展。能源利用的效率问题越来越引起人们的关注， 而科学，合理的能源利用效率评价体系是能源经济可持续发展的一个重要保障。 以电量为基准的统一化能源利用评价体系客观的反映用能过程的实质， 消除了 评价过程中的人为规定，为科学的反映能源利用的实质提供了方便。 利用大容量高参数机组实现低品位化供热是提高能源利用率的有效途径，本文 利用以电量为基准的统一化能源利用评价体系， 对低品位化供热方案的一般性系统进 行了安全及经济性分析。以高碑店电厂为例验证了低品位化供热方案， 并与利用高碑店 电厂余热替代二热供暖的方案进行比较， 认为高碑店电厂实施低品位化供热技术是可行 的， 同时也证实了以电量为基准的统一化能源利用评价方法简单实用， 所得结果能客 观反映能源利用过程的本质，可以应用于同一用能目的、 不同用能方式的能源利用系统 之间的热力性能比较和评价。 关键词:能源利用，热电联产，低品位化 ab s t r a c t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f w o r l d e c o n o m y , e n e r g y p r o b l e m i n c r e a s i n g l y c a u s e s w o r l d w i d e a t t e n t i o n a n d o u r c o u n t r y p a y s m o r e a tt e n t i o n t o t h e e n e r g y p r o b l e m a n d t h e e n e r g y c o n s e r v a t i o n w o r k s t e p b y s t e p . t h e e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y p r o b l e m a tt a c h e s p e o p l e s m o re a tt e n t i o n . a n d t h e s c i e n t i f i c a n d r e a s o n a b l e s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y i s a n i m p o rt a n t s a f e g u a r d f o r t h e c o n t i n u in g d e v e l o p m e n t o f e n e r g y e c o n o m y . t h e u n i f i e d s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y b as e d o n e l e c t r i c i t y r e fl e c t s t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n , e l i m i n a t e s t h e m a n - m a d e r e g u l a t i o n s o f t h e p r o c e s s , w h i c h g i v e s c o n v e n i e n c e f o r s c i e n t i f i c a l ly r e fl e c t i n g t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n . i t i s e ff e c t i v e t o i n c r e ase t h e r a t e o f e n e r g y u lt i l i z i t i o n b y r e a l i z i n g t h e l o w - g r a d e h e a t s u p p l y o n t h e u n i t o f h i g h p a r a m e t e r a n d h i g h c a p a c i t y .t h e p a p e r a n a l y s e s t h e s e c u r i t y a n d e c o n o m y o f t h e u n i v e r s a l i t y s y s t e m o f l o w - g r a d e h e a t s u p p l y a n d v a l i d a t e s t h e l o w g r a d e h e a t s u p p l y p r o j e c t i n g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t . c o m p a r e d w i t h t h e p r o j e c t o f c o m p l a c i n g t h e h e a t s u p p l y o f b e ij i n g s e c o n d t h e r m a l p o w e r p l a n t w it h g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t w a s t e h e a t , t h e p r o j e c t o f g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t l o w g r a d e h e a t s u p p l y i s c o n s i d e r e d f e a s i b l e a n d i t a l s o a p p r o v e s t h e u n i f i e d s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l iz a t i o n e f fi c i e n c y b a s e d o n e le c t r i c i t y i s s i m p l e a n d a p p l i e d ,t h e r e s u l t s c a n r e fl e c t t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n o b j e c t i v e l y w h i c h c a n c o m p a r e a n d e v a l u a t e t h e h e a t p e r f o r m a n c e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n s y s t e m w it h t h e s a m e e n e r g y u t i l i z a t i o n p u u r p o s e a n d t h e d i ff e r e n t m o d e . g e l i y a o ( e n g i n e e r i n g t h e r m o p h y s i c s ) d i r e c t e d 勿p r o f h u s a n g a o k e y wo a d s : e n e r g y u t i l i z a t i o n , c o m b i n e d h e a t a n d p o w e r ( c hp ) , l o w - g r a d e h e a t s u p p ly 华北电力大学硕十学位论文 摘要 随着世界各国经济发展的不断加快，能源问题己日益成为全球关注的问题，我国 也逐步重视能源问题和节能工作的开展。能源利用的效率问题越来越引起人们的关注， 而科学，合理的能源利用效率评价体系是能源经济可持续发展的一个重要保障。 以电量为基准的统一化能源利用评价体系客观的反映用能过程的实质， 消除了 评价过程中的人为规定，为科学的反映能源利用的实质提供了方便。 利用大容量高参数机组实现低品位化供热是提高能源利用率的有效途径，本文 利用以电量为基准的统一化能源利用评价体系， 对低品位化供热方案的一般性系统进 行了安全及经济性分析。以高碑店电厂为例验证了低品位化供热方案， 并与利用高碑店 电厂余热替代二热供暖的方案进行比较， 认为高碑店电厂实施低品位化供热技术是可行 的， 同时也证实了以电量为基准的统一化能源利用评价方法简单实用， 所得结果能客 观反映能源利用过程的本质，可以应用于同一用能目的、 不同用能方式的能源利用系统 之间的热力性能比较和评价。 关键词:能源利用，热电联产，低品位化 ab s t r a c t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f w o r l d e c o n o m y , e n e r g y p r o b l e m i n c r e a s i n g l y c a u s e s w o r l d w i d e a t t e n t i o n a n d o u r c o u n t r y p a y s m o r e a tt e n t i o n t o t h e e n e r g y p r o b l e m a n d t h e e n e r g y c o n s e r v a t i o n w o r k s t e p b y s t e p . t h e e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y p r o b l e m a tt a c h e s p e o p l e s m o re a tt e n t i o n . a n d t h e s c i e n t i f i c a n d r e a s o n a b l e s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y i s a n i m p o rt a n t s a f e g u a r d f o r t h e c o n t i n u in g d e v e l o p m e n t o f e n e r g y e c o n o m y . t h e u n i f i e d s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y b as e d o n e l e c t r i c i t y r e fl e c t s t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n , e l i m i n a t e s t h e m a n - m a d e r e g u l a t i o n s o f t h e p r o c e s s , w h i c h g i v e s c o n v e n i e n c e f o r s c i e n t i f i c a l ly r e fl e c t i n g t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n . i t i s e ff e c t i v e t o i n c r e ase t h e r a t e o f e n e r g y u lt i l i z i t i o n b y r e a l i z i n g t h e l o w - g r a d e h e a t s u p p l y o n t h e u n i t o f h i g h p a r a m e t e r a n d h i g h c a p a c i t y .t h e p a p e r a n a l y s e s t h e s e c u r i t y a n d e c o n o m y o f t h e u n i v e r s a l i t y s y s t e m o f l o w - g r a d e h e a t s u p p l y a n d v a l i d a t e s t h e l o w g r a d e h e a t s u p p l y p r o j e c t i n g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t . c o m p a r e d w i t h t h e p r o j e c t o f c o m p l a c i n g t h e h e a t s u p p l y o f b e ij i n g s e c o n d t h e r m a l p o w e r p l a n t w it h g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t w a s t e h e a t , t h e p r o j e c t o f g a o b e i d i a n p o w e r p l a n t l o w g r a d e h e a t s u p p l y i s c o n s i d e r e d f e a s i b l e a n d i t a l s o a p p r o v e s t h e u n i f i e d s y s t e m e v a l u a t i n g o f e n e r g y u t i l iz a t i o n e f fi c i e n c y b a s e d o n e le c t r i c i t y i s s i m p l e a n d a p p l i e d ,t h e r e s u l t s c a n r e fl e c t t h e n a t u r e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n o b j e c t i v e l y w h i c h c a n c o m p a r e a n d e v a l u a t e t h e h e a t p e r f o r m a n c e o f e n e r g y u t i l i z a t i o n s y s t e m w it h t h e s a m e e n e r g y u t i l i z a t i o n p u u r p o s e a n d t h e d i ff e r e n t m o d e . g e l i y a o ( e n g i n e e r i n g t h e r m o p h y s i c s ) d i r e c t e d 勿p r o f h u s a n g a o k e y wo a d s : e n e r g y u t i l i z a t i o n , c o m b i n e d h e a t a n d p o w e r ( c hp ) , l o w - g r a d e h e a t s u p p ly . d匕口口 尸el n 月 本人郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 ，是本人在华北电 力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 据本人所 知，除了 文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名iv a 日 期 2 5 . ， 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电 力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保管、 并向 有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为 目 的 ， 复制 赠送和交换学位论文; 同 意学 校可以 用不同 方式在不同 媒体上发表、 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 ) 作者签名: 擎 亚-导 师 签 名 : 州e liz 日期:z w - 6八 日 期 : 2 , 7 ; , 华北电力大学硕十学位论文 第一章引 言 1 . 1 我国能源现状及比较 能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经济的 强大动力。 我国目前正处在经济快速增长时期， 需要大量的能源来保证经济的发展。 但是我国人均能源资源不足，同时能源利用效率相对较低，这些都成为我国经济和 社会可持续发展的一个重要限制因素。因此，人类除了继续寻找开发新型能源外， 还应及早解决节约能源，合理用能，提高能源利用率等问题。 改革开放以来，我国在能源领域实行 “ 开发与节约并重，把节约放在首位”的 方针， 能源开发与节约工作取得重大进展， 能源效率有所提高。1 9 8 0 -2 0 0 0 年， 实 现了以能源翻一番、经济增长翻两番、以能源的低增长支持经济的高增长的目标， 保证了支撑国民经济发展的能源需要。但我国能源利用效率仍明显低于发达国家， 节能潜力仍然很大，节能工作任重道远，调整经济结构和转变经济增长方式的要求 仍很突出。一般来说，衡量或评价一个国家( 或地区) 能源效率和节能潜力的方法和 指标很多，归纳起来主要有两类:一类是能源经济效率指标，一类是能源技术效率 指标。 ( 一)能源经济效率国际比较 能源经济效率也称能源强度，是指产出单位经济量( 或实物量、服务量) 所消耗 的能源量。能源强度越低，能源经济效率越高。 能源经济效率指标通常用宏观经济领域的单位g d p 能耗和微观经济领域的单位 产品能耗来表示。 单位g d p 能耗是利用外汇汇率折算的单位g d p 能耗对能源使用效率进行比较的 基本指标，是一国发展阶段、经济结构、能源结构和设备技术工艺和管理水平等多 种因素形成的能耗水平与经济产出的比例关系。它可从投入和产出的宏观比较来反 映一个国家( 或地区) 的能源经济效率，具有宏观参考价值。 2 0 0 1 年世界主要国家单 位g d p 能耗比 较结果表明:我国1 亿美元g d p 消耗能源约 1 1 万一1 2 万吨标准煤， 能耗强度约为日本的6 . 5 8 倍，德国的4 . 4 9 倍，美国的3 . 6 5 倍，巴西的2 . 3 5 倍， 印度的 1 . 2 4 倍。从宏观上看，我国能源经济效率明显低于发达国家的水平。 排除汇率因素外， 单位g d p 能耗强度的关联因素主要是经济结构及其能耗比重， 说明我国单位 g d p 能耗强度比较高的主要原因在于经济结构的不合理。据有关专家 华北电力大学硕十学位论文 第一章引 言 1 . 1 我国能源现状及比较 能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经济的 强大动力。 我国目前正处在经济快速增长时期， 需要大量的能源来保证经济的发展。 但是我国人均能源资源不足，同时能源利用效率相对较低，这些都成为我国经济和 社会可持续发展的一个重要限制因素。因此，人类除了继续寻找开发新型能源外， 还应及早解决节约能源，合理用能，提高能源利用率等问题。 改革开放以来，我国在能源领域实行 “ 开发与节约并重，把节约放在首位”的 方针， 能源开发与节约工作取得重大进展， 能源效率有所提高。1 9 8 0 -2 0 0 0 年， 实 现了以能源翻一番、经济增长翻两番、以能源的低增长支持经济的高增长的目标， 保证了支撑国民经济发展的能源需要。但我国能源利用效率仍明显低于发达国家， 节能潜力仍然很大，节能工作任重道远，调整经济结构和转变经济增长方式的要求 仍很突出。一般来说，衡量或评价一个国家( 或地区) 能源效率和节能潜力的方法和 指标很多，归纳起来主要有两类:一类是能源经济效率指标，一类是能源技术效率 指标。 ( 一)能源经济效率国际比较 能源经济效率也称能源强度，是指产出单位经济量( 或实物量、服务量) 所消耗 的能源量。能源强度越低，能源经济效率越高。 能源经济效率指标通常用宏观经济领域的单位g d p 能耗和微观经济领域的单位 产品能耗来表示。 单位g d p 能耗是利用外汇汇率折算的单位g d p 能耗对能源使用效率进行比较的 基本指标，是一国发展阶段、经济结构、能源结构和设备技术工艺和管理水平等多 种因素形成的能耗水平与经济产出的比例关系。它可从投入和产出的宏观比较来反 映一个国家( 或地区) 的能源经济效率，具有宏观参考价值。 2 0 0 1 年世界主要国家单 位g d p 能耗比 较结果表明:我国1 亿美元g d p 消耗能源约 1 1 万一1 2 万吨标准煤， 能耗强度约为日本的6 . 5 8 倍，德国的4 . 4 9 倍，美国的3 . 6 5 倍，巴西的2 . 3 5 倍， 印度的 1 . 2 4 倍。从宏观上看，我国能源经济效率明显低于发达国家的水平。 排除汇率因素外， 单位g d p 能耗强度的关联因素主要是经济结构及其能耗比重， 说明我国单位 g d p 能耗强度比较高的主要原因在于经济结构的不合理。据有关专家 华北电力大学硕士学位论文 分析，产业结构的调整和变化对我国节能效果的贡献率约达 7 0 % 。我国通过过去2 0 年的节能实践也得出，由于产业结构调整和企业规模优化取得的积极成效，及 由此 带来的节能效果占全社会总节能量大概也在 7 0 % 左右，这也从实践层面证实了经济 结构因素对能源经济效率的突出制约作用。 主要耗能产品单耗是微观层面的能源经济效率指标。近年来，我国第二产业一 直占国内生产总值的 5 0 % 左右，而能源消费却占总消费量 7 4 % 。它不仅反映了我国 产业结构、工业结构.不够合理，技术装备水平比较落后，而且也表明了我国工业领 域能效偏低的事实。通过比较，我国工业领域主要用能行业能耗水平明显偏高，比 国外平均先进水平高出1 . 4 倍，有的产品耗能水平甚至是世界先进国家的1 . 8 倍。 产品单耗取决于企业技术的先进程度、用能设备效率的高低及企业管理水平的 不同。我国产品单耗高，说明我国企业在技术工艺、设备效率及管理水平上还存在 一些问题，还有很大改进空间，具有较大节能潜力。企业规模和产品结构调整、技 术进步对能源生产或消费总量的作用，尤其是对我国这样的能源消费大国有很大影 响。另据有关专家分析，如果对高耗能产业产品结构进行优化调整，并广泛采用先 进的节能技术，预计在 “ 十五”和 “ 十一五”期间我国累计可节能2 . 7 亿吨标煤。 ( 二) 我国能源技术效率的国际比较 能源技术效率也称能源系统效率，是指使用能源活动中( 不包括开采) 所取得的 有效能源与实际输入的能源量之比，也是一项由总体能源结构、产业用能比重、能 源利用技术等多种因素形成的综合指标，一般用百分率来表示。 目 前，国际上用于比较分析的能源效率是能源生产、中间环节的效率与终端使 用效率的乘积，这一方法是进行国际能源效率比较可比性较强又比较准确的方法。 1 9 8 0 -2 0 0 0 年，我国 包括能源加工、转换、 储运和终端利用各个环节在内的能源效 率由2 6 % 提高到3 3 % ，但仍比中东欧国家的平均效率低 1 -8 个百分点。 综合运用产品单耗和能源效率原理，采用部门逐层展开的方法同日本进行 比 较， 首先对占全社会能源消费7 0 % 的 1 4 个部门( 其中能源转换部门6 个， 包括煤电、 发电、炼油、产煤、炼焦和焦炉煤气，能源终端消费部门8 个，即粗钢、合成氨、 乙烯、水泥、铝、交通及城乡居民生活) 进行测算，比较得出相应的节能潜力，再 推算得出其余 3 0 % 的用能部门的节能潜力，最后加权平均得出全社会的节能潜力数 值。 测算结果表明，我国一次能源转换仍有 2 5 % 的节能潜力，终端消费仍有 2 6 % 的 节能潜力，一次能源消费的平均节能潜力达 2 6 % 。这表明，我国能源使用效率若达 到先进国家水平，则相当于可节约 3 亿吨的石油，或相当于 4 . 3 亿吨标准煤。而且 华北 电力大学硕士学位论文 这个潜力还是比较保守的估计。 ( 三) 中外能源效率的比较结果及分析 无论从能源经济效率还是技术效率分析，我国的能耗效率都是比较低的，节能 的潜力是巨大的。具体分析，主要有以下原因: 我国现正处于工业化中期阶段， 产业结构调整正在进行中。 同日本和美国相比， 我国第三产业产值比重只占 3 3 % ，不到美国和日本的 1 / 2 。第二产业产值比重高达 4 9 % ，相当于美国、日本的 1 . 5 -2倍，工业能耗比重高达 7 0 % 。在一定时期内，我 国第二产业的比重仍将保持较高水平，并处于高耗能状态，问题的关键在于如何有 效缩短这一阶段并实现跨越式发展。 现阶段需要特别指出由于工业结构的不同将会对能效水平产生重大影响。我国 工业行业中，冶金、化工、建材等高耗能工业，产值不足工业总产值的 2 0 % ，但能 源消耗即超过工业用能总量的 6 0 % 。在这三个行业中，高新技术和先进工艺少，初 级中级技术和工艺多，达到国际规模和水平的连续高效的先进生产设备比重偏低， 产品单耗居高不下。 据国家发改委能源研究所初步分析，从2 0 0 0 年到2 0 0 5 年，我 国主要耗能工业部门的节能潜力在 1 . 3 亿吨标准煤左右，2 0 0 5 -2 0 工 0 年为 1 . 0 5 亿 吨标准煤， 2 0 1 0 -2 0 2 。 年为2 . 5 亿吨标准煤， 其中很大一部分节能潜力必须通过产 业结构调整来实现。 与世界能源结构平均水平比较，我国煤炭比重基本上与世界石油天然气比重相 当， 而石油天然气比重与世界煤炭比重持平。 不同的能源品种具有不同的利用效率， 不同的能源结构也会产生不同的组合能源效率。据有关专家分析，在一次能源品种 中， 我国 煤炭的利用效率约为2 7 % ;原油利用效率比煤炭高2 3 % ， 约达5 0 % ; 天然气 利用效率比煤炭高3 0 % ，约达 5 7 % ;电的利用效率约为8 5 % 。依此数据计算世界各国 的能源效率得出， 我国能源组合利用效率为3 6 . 8 % ( 高于目前普遍认同的2 0 0 0 年3 3 % 的效率，一方面是由于近几年来能效水平有所提高，另一方面也可能高估了某种能 源的利用效率) ，比世界各国平均利用效率 5 0 % 低 1 0多个百分点。事实上，由于世 界各国特别是发达国家同一能源品种的利用效率明显高于我国，所以有理由相信， 我国的能源利用效率与发达国家的能源利用效率差距更大，而差距的主要原因在于 以煤为主的能源结构。 我国提高能效要致力于改善能源结构，注重能源结构的调整和优化。但我国特 有的资源赋存，又决定了以煤为主的能源消费结构在短时间内是难以改变的，这也 决定了我国节能任务的艰巨性和长期性。 华北电力大学硕士学位论文 通过上述能源效率国际比较，以及结合我国国情比较分析结果，初步得出以下 几点结论: ( 一) 目前，研究我国能源利用效率的方法较多，比较而言，单位 g d p能耗具 有宏观参考价值，产品单耗具有更强的微观可比性。 ( 二) 无论从能源经济效率和能源技术效率比较，还是从所处阶段及能源结构 特征分析，我国的能源效率都是比较低的，节能潜力是巨大的。 ( 三) 我国节能潜力巨大，并不意味着在短时间内可以把潜力全部挖掘出来。 因为制约我国能源效率的因素很多，主要是经济结构和能源结构。我国提高能效必 须立足于调整经济结构和改善能源结构，这也决定了我国提高能效任务的长期性和 又 良 巨性。 ( 四) 随着科学技术进步，采用先进工艺技术、提高企业装备水平和管理水平， 以及建立节能型社会，仍是当前我国提高能效、有效挖掘节能潜力的重要措施。 ( 五) 为有效提高能效，我国应以节能中长期发展规划，能源经济可持续发展 为指导，完成不同发展阶段的不同发展目标，并适时对节能政策、法律法规及标准 进行调整和完善。通过分阶段、有重点的努力，逐步提高我国能源利用效率，逐渐 缩小与发达国家之间的差距。 能源利用效率评价体系是实施国家能源管理的基础，是制定国家能源政策、法 律法规及标准以及行业准入和市场准入的依据，科学的评价体系是能源经济可持续 发展的一个重要保障。 能源利用优劣的评价必须建立在一定的评价基准之上，任何具体的能源利用系 统都是一个典型的能量系统，工程热力学是能量系统分析的理论基础，因此当然成 为能源利用效率评价分析的理论基础。从目前的实际看，世界各国的评价基准基本 上都是建立在能量平衡( 热力学第一定律) 基础之上的。然而，这种以能量为基准的 能源利用评价体系对不同品质的能量不加区别，把所有的能量等价看待，本质上引 入了人为规定性，忽略了这种不等价性是第一定律的某些结论不科学，甚至是错误 的根本原因。使我们无法进行能源利用系统之间的横向比较。更由于我国能源构成 以煤为主( 占 6 7 %，是造成我国能源效率低下与环境污染严重的一个重要原因，其 原因就是因为煤的高效清洁利用技术远比其他能源复杂，且成本高昂，因此在我国 经济发展还远不能称为发达的今天，仍然在大量低效高污染地被使用。这说明，我 国能源利用的评价与其他国家相比，存在一定的特殊性。因而我们真正应该关心的 是煤的高效清洁利用，或者如何促进煤的高效利用。 热力学第二定律分析被公认是最有效的能量系统分析方法，不仅从能的数量， 华北电力大学硕十学位论文 更注重从能地质量来确定能量的真实价值，考虑了不同品位能量之间的不等价性， 揭示了 用能过程的 热力学本质。 引入拥 概念以后的 拥 分析法在热力过程和系统技术改 进的论证中得到广泛的应用，并取得了良好地效果。 人类对能源的利用程度反映了一个国家的经济发展情况，在我国能源以多种方 式被广泛的应用以提高人们的生活水平及促进社会的不断发展。能源利用的方式是 多种多样的: ( 一) . 供热方式的多样性一一电动热泵供热、锅炉房集中供热、热电联产供热 ( 二) . 制冷技术的多样性一一直燃型吸收式制冷、压缩式制冷、热电联产吸收 式制冷、蒸汽喷射制冷 ( 三)海水淡化技术的多样性一一反渗透 r o 、 机械压缩蒸馏 m v c 、 多级闪蒸m s f , 多效蒸馏m e d 这些能源利用过程的共性在于:能源利用无论从形式上，还是从数量上，都是 以电量或者功量和热能两种形式为主:在能源利用的过程中都需要一定量的电量或 对其作功 。 1 .2本论文的主要工作 以我校宋之平教授提出的能源利用的单耗分析理论和由周少祥、胡三高教授提 出的能源利用的电量评价基准理论作为指导，从低品位化供热是提高能源利用率的 有益结论出发，详细介绍了低品位化供热方案的一般性系统并对其进行了安全及经 济性分析。以高碑店电厂为例验证了低品位化供热方案，并与利用高碑店电厂余热 替代二热供暖的方案进行比较，方案比较分别采用常规计算能源利用效率法和本文 所采用的基于电量的统一性性能评价方法，指出:对高碑店电厂实施低品位化供热 技术上是可行的，从社会效益和经济效益上均优于其它方案，同时注意到:常规的 计算能源利用效率的方法不能揭示用能过程的实质，有时甚至得出错误的结论，也 证实了基于电量的统一性性能评价方法简单实用，所得结果能客观反映能源利用过 程的本质，可以应用于同一用能目的、不同用能方式的能源利用系统之间的热力性 能比较和评价。 华北电力大学硕十学位论文 更注重从能地质量来确定能量的真实价值，考虑了不同品位能量之间的不等价性， 揭示了 用能过程的 热力学本质。 引入拥 概念以后的 拥 分析法在热力过程和系统技术改 进的论证中得到广泛的应用，并取得了良好地效果。 人类对能源的利用程度反映了一个国家的经济发展情况，在我国能源以多种方 式被广泛的应用以提高人们的生活水平及促进社会的不断发展。能源利用的方式是 多种多样的: ( 一) . 供热方式的多样性一一电动热泵供热、锅炉房集中供热、热电联产供热 ( 二) . 制冷技术的多样性一一直燃型吸收式制冷、压缩式制冷、热电联产吸收 式制冷、蒸汽喷射制冷 ( 三)海水淡化技术的多样性一一反渗透 r o 、 机械压缩蒸馏 m v c 、 多级闪蒸m s f , 多效蒸馏m e d 这些能源利用过程的共性在于:能源利用无论从形式上，还是从数量上，都是 以电量或者功量和热能两种形式为主:在能源利用的过程中都需要一定量的电量或 对其作功 。 1 .2本论文的主要工作 以我校宋之平教授提出的能源利用的单耗分析理论和由周少祥、胡三高教授提 出的能源利用的电量评价基准理论作为指导，从低品位化供热是提高能源利用率的 有益结论出发，详细介绍了低品位化供热方案的一般性系统并对其进行了安全及经 济性分析。以高碑店电厂为例验证了低品位化供热方案，并与利用高碑店电厂余热 替代二热供暖的方案进行比较，方案比较分别采用常规计算能源利用效率法和本文 所采用的基于电量的统一性性能评价方法，指出:对高碑店电厂实施低品位化供热 技术上是可行的，从社会效益和经济效益上均优于其它方案，同时注意到:常规的 计算能源利用效率的方法不能揭示用能过程的实质，有时甚至得出错误的结论，也 证实了基于电量的统一性性能评价方法简单实用，所得结果能客观反映能源利用过 程的本质，可以应用于同一用能目的、不同用能方式的能源利用系统之间的热力性 能比较和评价。 华北电力大学硕士学位论文 第二章能源利用的常规性能指标 2 . 1 能源利用常规性能评价指标 2 . 1 . 1制冷过程的常规性能评价指标 2 . 1 . 1 . 1电动热泵、压缩式制冷过程的性能系数 表征电 动热泵 和制冷系统的 热力学性能 指标是其供热量么 ( 制冷量q o )与耗 电量w的比值，可以通俗的理解为该过程耗单位电量能干多少活，称为性能系数 c o p ( 制冷系数) 。 假定电 动热泵的 供热量么和制冷系统的制冷量q 。 用q 表示，则性能系数可以 表示为: c o p=q1 牙 - ( 2 . 1 ) 2 . 1 . 1 . 2吸收式制冷的热力系数 对于滨化i t 吸收式制冷，其提供一定制冷量q 。 所消耗的能量为耗热量q h 与溶 液泵的耗电量 w n 之和，参考压缩制冷过程制冷系数的定义，热力系数 为: ; = q aq h + 叽 ) q - th 一 ( 2 . 2 ) 由于热、电不等价，即比较的基准不同，二者相比较是没有什么意义的。 2 . 1 . 1 . 3当量热力系数 考虑到热、电不等价，一些学者引用了当量热力系数的概念。 ( 1 ) 电动热泵、压缩式制冷的当量热力系数 假定电动热泵和压缩式制冷机所消耗电量来自 供电效率为 口 e s ，电网效率为 刀 。 的机组，由式 21 可知，当量热力系数为: 华北电力大学硕士学位论文 第二章能源利用的常规性能指标 2 . 1 能源利用常规性能评价指标 2 . 1 . 1制冷过程的常规性能评价指标 2 . 1 . 1 . 1电动热泵、压缩式制冷过程的性能系数 表征电 动热泵 和制冷系统的 热力学性能 指标是其供热量么 ( 制冷量q o )与耗 电量w的比值，可以通俗的理解为该过程耗单位电量能干多少活，称为性能系数 c o p ( 制冷系数) 。 假定电 动热泵的 供热量么和制冷系统的制冷量q 。 用q 表示，则性能系数可以 表示为: c o p=q1 牙 - ( 2 . 1 ) 2 . 1 . 1 . 2吸收式制冷的热力系数 对于滨化i t 吸收式制冷，其提供一定制冷量q 。 所消耗的能量为耗热量q h 与溶 液泵的耗电量 w n 之和，参考压缩制冷过程制冷系数的定义，热力系数 为: ; = q aq h + 叽 ) q - th 一 ( 2 . 2 ) 由于热、电不等价，即比较的基准不同，二者相比较是没有什么意义的。 2 . 1 . 1 . 3当量热力系数 考虑到热、电不等价，一些学者引用了当量热力系数的概念。 ( 1 ) 电动热泵、压缩式制冷的当量热力系数 假定电动热泵和压缩式制冷机所消耗电量来自 供电效率为 口 e s ，电网效率为 刀 。 的机组，由式 21 可知，当量热力系数为: 华北电力大学硕士学位论文 ，。 补 一里 一一 q .。 。 、 。 。 / 二 w八7 7 - 7 7 n ) - ( 2 . 3 ) ( 2 ) 吸收式制冷的当量热力系数 对澳化铿吸收式制冷过程，采用不同的热源有不同的结果。 ( a ) . 对于直燃型吸收式制冷 当热源为锅炉直供蒸汽，锅炉效率为 17 b , 系数为: q o 口 。 =二 : 一 下， - 一 一 一 丁之 q h / ( 17 h . 77 p ) 管道输送效率为刀 ， 时， 其当量热力 刀 b .刀 p 一 ( 2 . 4 ) ( b ) . 对于热电冷联产吸收式制冷 对于热电冷联产，由于供热蒸汽在汽轮机己作了功，采用热量法分摊存在不合 理性，因此前苏联学者巴窦尔克斯作了改进 热量为t k j ，由于供热蒸汽已 作功w k w h 设联产供热 i k j的热量所消耗的燃料 假定 1 k wh电量在凝汽机组所消耗的 燃料热量为叮 k j ，故联产供热蒸汽真正消耗的燃料热量为t - w - v k j ，因此: s e a 一 q o. q h l u 1 ， 二咨 u1 尸 - ( 2 . 5 ) 式 中， u=t一wi v 1 , u 相当于l k g 燃料燃烧产生的高位热能与供热蒸汽的低位热 能的价值比例。其大小与供热机组初参数、供热蒸汽参数及锅炉效率等因素有关。 机组参数愈高，抽气所作的功量愈大，u值就愈大，澳化铿制冷过程的当量热力系 数愈高。但是并非是吸收式制冷机得到了任何改进，而是供热机组热力性能的提高 带来的收益。因此， 根据式( 2 . 5 ) 计算的当量热力系数9 。 。 并不是滨化铿制冷机本身 的热力性能，而是包括了供热机组、吸收式制冷机组在内的综合热力性能。 将热电联产机组性能提高的 “ 功劳”完全计在吸收式制冷机上的是不合适的。 事实上，式( 2 . 3 ) 和式( 2 . 4 ) , ( 2 . 5 ) 己 将式( 2 . 1 ) 和式( 2 . 2 ) 定义的热力系数转化为表征单 位燃料的热能所能提供的制冷量，因而在数值上具有可比性。 但是，由于没有直接表征制冷量与一次能源消耗量的关系，混淆了从一次能源 到用户终端之间的各个环节( 热力设备) 的作用和贡献。 7 华北电力大学硕士学位论文 更主要的是，它在处理压缩式制冷所消耗的电量与吸收式制冷的热量时，分别 使用机组供电效率n , : 和 1 k w h电量在凝汽机组所消耗的燃料热量 v k j 两个具有基 准作用的数，没有交代二者之间的关系以及如何选择，等于引入了两个基准来折算 电量。 2 . 1 . 2海水淡化过程的常规性能评价指标 海水淡化技术从用能方式上可以分为电驱动和热驱动两种，反渗透 r o技术和 压汽蒸馏技术等运用电驱动方式。多级闪蒸和多效蒸馏运用热驱动方式，但其流程 泵也需消耗一定的电量。为了便于分析比较，人们根据热力学原理，结合海水淡化 技术的特点，提出了相应的性能评价指标。 ( 1 ) 电驱动脱盐过程的性能评价指标 r o和 m v c脱盐技术利用电能实现的海水淡化，因此，常用单位淡水产量的 电 耗率( e c r -e l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o n r a t e ) 来评价其热力 性能: e c r =wl md k wh / t ( 2 . 6 ) 式中， w为装置生产m d t / h 淡水实际消耗的电力。 这一指标直观地反映了脱盐装置 的热力性能，便于用户理解和决策。 ( 2 ) 热驱动脱盐过程的性能指标 ( a ) 基于第一定律的性能指标 对于蒸馏法海水淡化装置， 传统的热力性能指标通常以单位淡水产量的热耗率 9 或性能比p , ( p e r f o r m a n c e r a t i o ) 来表示。在一些文献中，性能比p ， 也称造水比。 9 - q h l md k j / t t / t ( 2 . 7 ) 或，p r m d / 几 ( 2 . 8 ) 式中，q , , d * 分别为加热蒸汽放热量 k j / h 和加热蒸汽量 t / h o 华北电力大学硕士学位论文 更主要的是，它在处理压缩式制冷所消耗的电量与吸收式制冷的热量时，分别 使用机组供电效率n , : 和 1 k w h电量在凝汽机组所消耗的燃料热量 v k j 两个具有基 准作用的数，没有交代二者之间的关系以及如何选择，等于引入了两个基准来折算 电量。 2 . 1