采用热电联产提高能源利用效率

　　图 2015年热电联产在各产业中的生产能力（单位：千兆瓦）

　　柱状体深绿色为定循环，浅灰色为底循环

　　右侧由上至下依次为：化工、造纸、原生金属、石油及煤炭制品、杂类、食品、非金属矿产、作物生产、木材制品和其他工业

　　长期以来热电联产（CHP）系统一直用于降低工业系统的整体能耗强度。对两种类型热电联产的划分依据是：该系统是先发电后用热能还是先使用热能后发电。在定循环（Topping cycles，又称先发电循环）中，使用一个诸如天然气涡轮机或往复式引擎发电机的热排气对站点提供工业用热、热水或空间供暖。据2015年数据初步显示，定循环在整个热电联产中占89%的使用比例。在底循环（bottoming cycles，又称后发电循环）中，从锅炉或其它高温工业制程的废热被回收并用于发电。

　　底循环通常使用于余热锅炉或汽轮机系统。目前的研究、开发和部署的努力都集中在这些系统中，以此来减少浪费的热量，提高工业能源效率。

　　底循环主要用于化工、造纸及原生金属行业的工业设施中，这些行业往往有对余热回收有利的高温废气。在一些工业生产过程中所消耗的高达20％至50％的能量通过包含在热废气流和液体中的余热，热设备表面的热传导、对流和辐射以及加热的产品流最终流失。通过回收和再利用这些余热，可以提高一些工业生产过程的整体能源效率。

　　在某些情况下，如工业锅炉，余热回收所得效率改进可以提高能量效率的10％-50％。美国能源部能源效率与可再生能源办公室的一项研究鼓励为扩大美国工业部门余热回收项目所做出的研究、开发及示范上的努力。该项研究中解析的乏汽（废汽）显示约60％的未回收余热是低质量的（即温度低于450华氏度）。

　　根据这项研究，扩大底循环热电联产潜力最大的是能源密集型产业，如钢铁、玻璃、水泥等。这些行业拥有高温乏汽（废汽），可以提供输入以产生电力。技术的进步允许使用较低温度的乏汽（废汽），可以扩大后发电式热电联产的潜力。这些对较低温度要求的新技术还有助于扩大如木材制品、运输设备及金属制品等非能源密集型产业的底循环。

　　确定底循环的适用性需要比定循环更复杂的分析。有一种方法，称为夹点分析法，用于检测冷热流的温度和热流量，并且试图优化流之间的热交换。即使底循环热电联产的有效实施十分困难，但若未有效实施，转换为电能的能量将会被浪费。更有效地利用余热也将减少对其他购买燃料的需要。

译自：2016年7月27日【美国】EIA

编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 孙雨婕

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