多能源互补的分布式供能系统专题四：正逆耦合循环

分布式冷热电联供系统（CCHP）已被国内外公认为是节能减排的一项前沿技术，在美国、日本以及欧洲已得到了快速发展，我国也非常重视分布式供能技术研发，被国家科技中长期发展规划列为四项前沿技术之一。发电装置排烟余热的梯级利用是分布式供能系统取得节能效益的关键，目前分布式供能系统中，300~500℃的发电机组排烟直接用于驱动吸收式制冷系统，而制冷机吸热温度仅为100~200℃，带来了较大的不可逆损失。减低大温降余热利用的温度断层，提高能量利用效率，是分布式冷热电联供系统急需解决的关键难题。基于正逆循环耦合的功冷联产技术具有解决这一难题的潜力，具有很好的应用前景。

1.　 正逆循环耦合系统简介

正逆循环耦合系统，是指在分布式供能系统中设置在燃机下游的一种热力循环，该循环通过将做功正循环和制冷逆循环的系统集成，对烟气余热进行梯级利用，最大限度地减少余热利用过程的不可逆损失。总的系统集成原则是余热的高温部分（200℃以上）用于驱动做功子循环，余热的低温部分（200℃以下）和做功子循环排放的低温热量由吸收式制冷循环加以利用。根据正循环和逆循环的集成方式不同，可以分为闭式系统和开式系统。闭式系统是指做功和制冷两个子循环是各自封闭的循环，二者只有能量交换，没有物质交换，该类系统主要实现了热量的梯级利用；开式系统是指做功和制冷两个子循环通过某些部件连接在一起，既有能量交换也有物质交换，该类系统在实现热量梯级利用的同时，也实现了工质有效成份的合理利用。

2.　 国内外研究现状

基于正逆循环耦合的功冷联产技术在国内外的研究较为活跃，相关研究已经从余热利用领域拓展到了太阳能、地热等中低温可再生能源的利用。但相关研究工作刚刚起步，仍然以系统集成研究，系统模拟与理论分析，小型试验验证为主。所采用的工质类型可以分为混合工质和纯工质，根据所采用的工质类型，可以将现有的功冷并供系统分为以下两大类：第一类是基于混合工质吸收式动力循环和吸收式制冷循环等单元技术发展而来的混合工质功冷并供系统；第二类是基于有机朗肯循环和喷射式制冷循环等单元技术结合而成的纯工质功冷并供系统。氨水二元非共沸混合物具有变温蒸发的特性，可以与显热热源进行良好的热匹配，同时氨水工质具有良好的制冷性质，是一种常用的吸收式制冷工质对，因此，氨水被认为是正逆循环耦合系统的最佳工质之一，以氨水为工质的正逆循环耦合的功冷联产系统研究成为目前的研究主流。

3.　 分布式供能与可再生能源实验室的研究基础和研究特色

分布式供能可再生能源实验室从正逆循环耦合机理、系统集成以及实验等多方面对功冷并供系统进行了较为深入的研究。提出了具有自主知识产权的正逆循环耦合的功冷联产系统，已经申请6项国家发明专利授权（已获得授权2项），相关研究成果发表了一系列高水平国际论文，并搭建了一套氨水吸收式制冷实验台，开展了相关试验，为进一步研发正逆循环耦合的功冷联产技术奠定了理论基础。实验室在该方向的研究特色主要体现在循环集成理论方面，在能量耦合方面，揭示了热量的梯级利用关系，从外热源的利用深入到循环内部热量的梯级利用；在物质耦合方面，发现了正循环工质浓度差在制冷子循环中回收利用的潜力和方法。

作者：分布式供能与可再生能源实验室 韩巍 孙流莉