一种基于生物质气化和太阳能热利用的冷热电联产系统

一种基于生物质气化和太阳能热利用的冷热电联产系统

王杰

天津城市建设管理职业技术学院300134

摘要：当节能减排观念的持续深入的时候，借助太阳能、生物能这些可再生资源，能够有效的缓解现阶段环境污染的问题，而冷热电联产系统（CCHP）存在的主要是目的是实现能源的高效应用，这也是未来能源系统发展的主要趋势。在这种背景下，将生物质气化、太阳能和CCHP相互结合在一起，用于满足现阶段的冷热电负荷的基本需求，弥补可再生能源中不稳定的缺陷。本文重点探讨了生物质能和太阳能的CCHP系统，希望为相关研究人员提供一定的参考。

关键词：生物质气化；太阳能；冷热电联产系统

社会经济在不断发展，大众对能源的需求量也在不断上升，化石作为我国最主要能源，消耗量在增加的时候，所产生的环境污染也会愈加严重。因此，CCHP系统的存在，则是利用高效、安全的方式，将能源转换成为冷、热和电等多种不同形式的产品，方便用户应用，确保多种能源之间的相互集成。其中，主要是以太阳能和生物质能为重点，从热力学、经济学的角度对该系统进行综合性的探讨。

一、生物质气化冷热电联产系统的集成

（一）集成思路

该系统主要分为两个不同的部分，一个是生物质气化的子系统，另一个则是CCHP系统。在子系统中，当生物质在进入锅炉以后，就会产生一些生物质气，其中会包含粉尘和焦油等污染环境的物质，存在的气温相对较高。因此，相关人员在生产洁净燃气的气化系统时，净化环节是非常重要的，而且输送和利用的时候，都非常简单，将其冷却到常温的时候，也可以考虑同冷流体进行换热，这样方便达到一个降温的作用。CCHP系统中，热水烟气直烟机主要是利用内燃的排烟系统去满足人们的使用需求，在不满足要求的时候，就可以利用生物质气去进行补燃。最好是秉承着“梯级利用”的基本原则，将生物质气冷过程中产生的余热看做是能源驱动的直燃机，在这种思路的引导下，操作流程会显得更为的简便。

（二）相关流程

生物质气化CCHP系统中包含了净化、生物质气化、输送、发电和余热利用等多种系统。首先，当生物质能源在进入到炉内的时候，按照过热管→液换热器→冷流体换热的程序，温度下降以后，通过除尘器去进行生物质气化，将其装入到储气设备中。从储气设备中出来的物质也会分为两个部分，一个是进入到内燃气机中进行发电，发电只有的排烟会进入到直烟机内进行供热、制冷等工作。另一部分则是在排量降低的时候，会作为补燃气体进入直燃机，通过一系列的操作以后，为人们提供热水。要确保这项系统的合理化应用，还应该设置热管式气，对生物质气的显热量进行综合性的应用，按照不同的季节、不同的负荷要求去设计热管式的运用模式。当生物质气在进入到内燃机的时候，产生的高温烟气能够直接去到直燃机，起到一个夏季制冷和冬季供暖的作用，还能为居民提供生活热水。在设置热换气的时候，主要是对自来水与缸套水进行换热，达到了一定的温度以后，将其置于热水箱内，为人们提供生活热水。但是需要注意的是，在缸套中进行换热的时候，一定要确保内燃机的工作温度，通过内燃气的冷区系统使它的零件不会受到影响，而且冷却水的温度最好是要高于54摄氏度。

（三）设备选择

系统在确定了以后，要将重点放置在设备的选择上。第一，气化系统，从宏观的角度来看，气化可以分为生物质干燥、热解和氧化反应等多个阶段。干燥的过程主要是存在于100-150摄氏度这一阶段，比较简单，将生物质表面的水分都脱离掉，如若水分过高就会导致后续的反应工作难以继续进行。第二，气化装置的类型，一般会分为两种-固定、流化床气化炉，将生物质看做是原料，利用CCHP系统的灵活性、分散性和进行布置，可以是一些相对独立的功能系统。第三，净化系统，当气炉中形成的生物质气时，也会出现大量的颗粒物、氮化物等，这些物质都必须要经过处理以后，才能进入到内燃机中进行发电。第四，发电系统，CCHP中包含了内燃机和燃料电池等，内燃机本身就具备发电效率快的特点，这是生物质气化中经常会应用到的一种方法。虽然在净化以后，仍旧会存在着一些焦油和粉尘等物质，但是进气的时候，针对一些粘附杂质，应该采用自然吸气的方法，也可以在燃气系统上增加一些滤清器。从中就可以发现，生物质气中内燃机的应用是非常关键的一部分，所以也要选择合适的气化、净化系统，这样才能满足生物气质的应用需求。

二、太阳能热利用的冷热电联产系统

（一）工作流程

内燃机驱动的CCHP系统虽然具有一定的应用效果，但是其中也存在着一些环境问题，尤其是在楼宇的联供系统中。同燃料电池系统相比，生物质气化CCHP系统会受到燃料的限制，无法在城区内进行大范围的推广，为了响应当下的发展需求就可以将太阳能看做是主要能源，这样在采集的时候，不需要任何的成本，可以大范围应用，极大的提高了整个系统的应用效果。下列为工作流程：

1、分供系统，主要会将天然气看做是原料，通过热交换器的时候，达到热负荷的基本要求，而且冷负荷也应该满足制冷器的需求，由于我国的发电结构一般是采用火电，所以在应用的时候，主要的电量都是来自于火力发电厂。在电力生产和传输的时候，会造成一定的能源消耗，这时候也应该将电网的传输效率和发电效率考虑在内。

2、传统的CCHP系统

内燃机和热回收设备会组成燃气发电设备，主要是做建筑电负荷的供应工作，当余热无法满足用户负荷要求的时候，锅炉的热量会开始呈现出一种下降的趋势，而不足的部分应该让、让城市电网负责供给。要想加强系统运行的可靠性，假设系统中附属设备的电量都是来自于城市电网，有时候为了简化其中的排放量计算，可以将燃气内燃机和相关设备看做是同一个整体，称为燃气发电机组。

3、太阳能冷热电联系统

主要是将太阳能光伏发电机组看做是系统发电设备的主要动力，利用太阳能集热器作为系统的产热设备，将热量输送到制冷器中，满足冷热负荷的相关要求，可是当太阳能无法满足需求的时候，就可以利用内燃机驱动的CCHP系统去进行操作。

（二）运行策略

首先，充分意识到传统联供系统会按照不同的运行工况去进行操作，例如当电荷需求小于内燃机出力的时候，内燃机就可以按照用户的用电负荷去进行相应的调整，城市电网也要按照系统附属耗电设备的实际需求去进行操作，而锅炉的处理主要是根据热回收的供热量来确定。其次，太让能CCHP系统，充分利用电能资源，按照电负荷的变化情况去运行，借助太阳能集成器，根据用户的冷热负荷去进行操作，如若交换器和制冷器的热量高于集成器最大值时，就可以让锅炉来补充不足的那部分。最后，对于这两种运行策略进行综合性分析的时候，应该根据当时具体的运行情况，并且结合不同运行工况下能源的消耗量去进行求解。

结束语：

本文基于生物质气化和太阳能所构建的CCHP系统，能够充分体现出当下环境、能源和经济三个指标的应用情况，对系统进行优化设计和控制评估的时候，也可以采用一些算例去进行综合性的探讨。由于太阳能发电机组的容量会影响到整个系统的运行情况，所以按照实际情况，选用不同的性能指标，这样才能真正体现出CCHP控制系统的运用优势。

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