燃气热泵和电动热泵的经济性评价-secret.doc

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1、燃气热泵和电动热泵的经济性评价天津大学管理学院项凌[摘要]概述了燃气热泵和电动热泵的基本原理，分析了燃气热泵和电动热泵的燃气燃烧利用过程的热效率与有用能效率。介绍了热经济学基本原理，并就热经济学在燃气热泵和电动热泵评价的应用进行了探讨。[关键词]天燃气燃烧过程评价热效率有用能效率经济性评价1引言我国能源的消耗当中，采暖、空调消耗占有相当大的比例。目前，我国城市冬季供暖多以燃煤或燃天燃气为主，夏季空调多以电能为主。燃煤供暖如果不采取洁净煤技术和烟气净化技术，会造成对环境的污染严重。夏季空调耗电量大且峰谷差太大。如果采用电动热泵和燃气热泵进行制冷

2、和制热，不仅降低电和用燃气的峰谷差，有利于电和燃气的季节调峰。电动热泵比燃气热泵简单，但电主要是由一次能源经过复杂设备转换而得到的，其价格比燃气高。采用电动热泵还是采用燃气热泵合适，要用热经济学的理论进行评价。2热泵制冷制热基本原理热泵是利用逆卡诺循环的原理，用压缩机将气态工质压缩为高温高压状态，然后在冷凝换热器中向高温区放出热量而冷凝为液态，经节流减压后在蒸发器中从低温区吸收热量又蒸发为气态工质。通过上述工质的循环，只要提供少量高级能量，热量从较低的温度升高到较高的温度，将热量从低温区泵送到高温区。如果目的是利用冷凝放热器中放出的热量，则为

3、供热过程；如果利用蒸发器吸收热量则为制冷过程。天燃气作为一次能源进行制冷、制热主要有以下3种方案：（1）电动热泵方案该方案先进行天燃气发电，然后采用电动压缩机使工质进行压缩—冷凝—节流—蒸发的循环而制冷、制热。（2）直燃机方案直燃机是以天燃气直接燃烧产生的热能为动力，以溴化锂和水组成的二元溶液为工质的吸收式制冷装置。吸收式制冷过程的组成和工作过程基本上与压缩式热泵的制冷过程相同。其区别在于制冷剂的压缩是由发生器、吸收器和溶液泵来代替。在低压下蒸发器中的水蒸发吸热而制冷，蒸发后的水蒸气在吸收器中被溴化锂水溶液吸收，吸收器中生成的溶液用溶液泵送到

4、发生器中，被天然气直接燃烧产生的热能加热而将溶液中的水又被蒸发出来，继续进行冷凝、节流和蒸发制冷。（1）燃气热泵方案燃气热泵与电动热泵的原理基本相同，只是驱动能源不同。燃气热泵是用燃气发动机驱动压缩机完成热泵工质的循环。直燃机为吸收热泵，但其供热过程未采用热泵的原理，因此，下面仅以天然气为一次能源，对“发电+电动热泵”和“天然气发动机热泵”两种方案进行比较。3热泵制冷制热的经济评价热能转换过程的效率有热效率和有用能效率两种，其定义为转化后得到的热量或有用能量转换前加入的热量或有用能量之比。对于热泵来讲，热泵能源转换效率的分析可以采用热泵单体一

5、次能源利用率或初级能量利用系数进行分析。由于上述天然气采暖、空调的方案中，电能的消耗差别较大，因此，在一次能源转换效率的计算中，要考虑耗电所消耗的一次能源，即一次能源转换效率为产品的能量与包括天然气与耗电所消耗一次能源的总能量之比。其中的电能要折算为一次能源，天然气发电、输送综合效率按40%考虑。天然气发动机热泵的数据见表1表1天然气发动机热泵的主要参数与能源转换效率制冷量/(kW·h)100150200250300制冷耗天然气热量/(kW·h)80119156194231制冷用电耗天然气热量/(kW·h)35588制冷转换效率1.201.2

6、11.241.241.26制冷量/(kW·h)120180240300360制冷耗天然气热量/(kW·h)88126162197230制冷用电耗天然气热量/(kW·h)35588制冷转换效率1.321.371.441.461.51对于电动热泵方案的转换效率，为了便于比较,假定热泵单元的性能系数为3.1，天然气发电、输配电综合效率为40%，则电动热泵的一次能源制热转换效率和制冷转换效率约为1.24。制冷量为100～300kW的范围内，电动热泵方案与燃气热泵方案制冷的一次能源转换效率相同。而电动热泵方案制冷的一次能源转换效率约为燃气热泵方案制热的

7、86%。这是因为燃气发动机的余热得以利用的缘故。由于上述能量型产品成本中，燃料费用占大部分，折旧费用的计算比较困难，为此3个方案均按一次能源的转化效率进行经济比较。假定条件为：天然气价为2.0元/m3，天然气热值为36000kj/m3，天然气单位热量价格为0.2元/(kW·h)。按此假设条件由表1数据可以得出各方案中能源产品的燃料成本见表2。由表2中数据可知:燃气发动机热泵的制热燃料成本约为电动热泵的85%，为直燃机的58%；燃气发动机热泵的制冷燃料成本与电动热泵和直燃机基本相同。表2各方案制冷、制热的相对燃料成本燃气泵热泵方案电动热泵方案制

8、热耗能/[kW·h(kW·h)]0.690.81制热成本/[元/(kW·)]0.140.16制冷耗能/[kW·h(kW·h)]0.810.81制冷成本/[元/(kW