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3.1.3 燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)
燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)電站具有能源利用率高、占地面積少、造價(jià)低、建設(shè)周期短、運(yùn)行和維修成本低、以及能適應(yīng)于缺水地區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。2001年投入運(yùn)行的由日本東芝公司和美國(guó)通用電氣公司共同開發(fā)的新一代H型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其高溫燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度高達(dá)1500℃，熱效率達(dá)60%以上。隨著天然氣資源的進(jìn)一步開發(fā)和引進(jìn)，以及西氣東送工程的建設(shè)，發(fā)展一定數(shù)量的燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)電站可以減少以燃煤為主的火力發(fā)電。采用燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)發(fā)電不僅可提高能源利用率，更重要的是能有效地減少溫室氣體及其它有害物質(zhì)排放。以德國(guó)Nosener Brucke的一個(gè)265MW的原燃煤熱電廠為例，改為以天然氣為燃料的燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)發(fā)電廠后，單位發(fā)電量所產(chǎn)生的溫室氣體CO2排放減少了50%；與此同時(shí)，其他有害物質(zhì)排放如SO2減少了99%，NOx減少了75%，懸浮顆粒減小了97%。
3.2提高能效的工業(yè)及民用供熱技術(shù)
近年來工業(yè)及民用供熱技術(shù)得到了較快的發(fā)展，這一方面是為了滿足廣大人民群眾對(duì)生活質(zhì)量提高的不斷要求；另一方面，為了節(jié)約日漸減少、日益昂貴的能源和減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境，必須研究和開發(fā)高效能的新型能源供熱技術(shù)。目前已經(jīng)被實(shí)踐證明了的先進(jìn)供熱技術(shù)主要是常規(guī)的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)(Conventional CHP)和區(qū)域供熱(District Heating,簡(jiǎn)稱DH)；在國(guó)外已經(jīng)占領(lǐng)市場(chǎng)而在我國(guó)尚開始研究開發(fā)的冷凝式鍋爐(condensing boiler，簡(jiǎn)稱CB)供熱技術(shù)；多年前已經(jīng)開始研究開發(fā)且目前正在繼續(xù)完善的，估計(jì)2005年能夠投入規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行的家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn) (Micro CHP) 技術(shù)、光電(Photo-voltaic,簡(jiǎn)稱PV)轉(zhuǎn)換技術(shù)和燃料電池(Fuel Cell)供熱技術(shù)，還有將會(huì)獲得日益發(fā)展的再生能源供熱技術(shù)，如太陽(yáng)能供熱(Solar Heating，簡(jiǎn)稱SH)技術(shù)，生物質(zhì)供熱(Biomass Heating，簡(jiǎn)稱BH)技術(shù)等。
熱電聯(lián)產(chǎn)的類型較多，凡是能夠發(fā)電的技術(shù)都適合熱電聯(lián)產(chǎn)，目前我國(guó)主要采用小熱電廠進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)改造，對(duì)于熱負(fù)荷比較穩(wěn)定，一天內(nèi)波動(dòng)較小的熱電廠，可全部采用背壓式或抽汽背壓式供熱機(jī)組，將來會(huì)得到發(fā)展的還有：燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，燃?xì)狻�蒸汽�?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，燃?xì)狻�蒸汽�?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的過程框圖如圖1所示。圖中示出了三種熱電聯(lián)產(chǎn)的方式，其熱效率分列如下：
A.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電+余熱鍋爐發(fā)電=40%～50%效率
B.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電+余熱鍋爐發(fā)電+供熱=50%～85%的系統(tǒng)效率
C.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電+余熱鍋爐直接供熱=80%～85%的系統(tǒng)效
前蘇聯(lián)區(qū)域供熱占總供 熱 量的70%，其中一半來自熱電聯(lián)產(chǎn)；丹麥目前區(qū)域供熱占總供熱量的50%，其中30%來自熱電聯(lián)產(chǎn)；芬蘭區(qū)域供熱占總供熱量的45%，其中70%來自熱電聯(lián)產(chǎn)，熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電占全國(guó)總發(fā)電量的32%；荷蘭熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)800萬千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)的40%；一直以分散供熱為主的英國(guó)，現(xiàn)在熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)容量也接近400萬千瓦了。近年來，隨著國(guó)際電力市場(chǎng)的自由化，電力供應(yīng)正在向小規(guī)模和非集中化轉(zhuǎn)變，這將給城市小型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)帶來光明的前景。
3.2.1常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)
熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined and Heat Power，CHP)是指單一機(jī)組能夠同時(shí)提供電力和供熱的高能效(higher Energy Efficiency)能源利用方式。純凝汽式電站機(jī)組在生產(chǎn)電力的同時(shí)向環(huán)境排放熱能，而熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組則利用這部分熱能滿足供熱的要求。能源利用效率超過純凝汽式電站機(jī)組40%以上；熱和電生產(chǎn)成本低；電力生產(chǎn)是熱電聯(lián)產(chǎn)最有價(jià)值的產(chǎn)品，但熱電聯(lián)產(chǎn)需要有基本的熱負(fù)荷來維持，電力生產(chǎn)才能繼續(xù)。大多數(shù)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組采用典型的設(shè)計(jì)方案，冬天滿足采暖供熱的需要，在夏天滿足熱水供應(yīng)，一些輔助的供熱則由備用鍋爐滿足。丹麥和英國(guó)的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的推廣經(jīng)驗(yàn)表明：
高效、清潔、節(jié)能、低排放 ，CHP已經(jīng)成為公認(rèn)的具有高能效和環(huán)保效益的技術(shù)，圖2示出了常規(guī)超臨界電廠、區(qū)域供熱熱電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)電廠熱效率的比較。
熱電聯(lián)產(chǎn)是公認(rèn)的提高燃料能源利用率的重要手段。近年來，人們又把溴化鋰吸收式制冷引入熱電聯(lián)產(chǎn)，結(jié)合形成了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。這些聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的綜合熱效率可達(dá)60%～85%。實(shí)踐證明，熱電聯(lián)產(chǎn)比熱電分離生產(chǎn)要節(jié)約20%的能源，與此同時(shí)可減少30%～44%的CO2排放。
發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用。德國(guó)1995年就已擁有了255臺(tái)燃?xì)馔钙降臒犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組，共發(fā)電3 152MW；此外，還有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的聯(lián)產(chǎn)機(jī)組28700臺(tái)，總共發(fā)電1 450MW。
我國(guó)目前也在大力推廣熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，已有為數(shù)不少的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在運(yùn)行中。原則上，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組可使用氣、液、固任何燃料。但氣體燃料因自身潔凈優(yōu)勢(shì)比煤炭、石油更適用于聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，特別是數(shù)量眾多的中小型聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。因此，推廣熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)同時(shí)還有利于提高氣體燃料在我國(guó)一次能源消費(fèi)中的比重，從源頭上減少溫室氣體的排放。
3.2.2 家庭微熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)
微型熱電聯(lián)產(chǎn)(Micro CHP)或家用熱電聯(lián)產(chǎn)(Domestic CHP)供熱技術(shù)是指能在一個(gè)獨(dú)立住宅中同時(shí)供應(yīng)電力和熱能的技術(shù)，它不只是比常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組小，更重要的是它在技術(shù)原理、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性方面具有本質(zhì)的區(qū)別。
家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)(Micro CHP)供熱技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)： 它是家庭用獨(dú)立熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)單元；易于對(duì)常規(guī)鍋爐實(shí)施更換；每年3500小時(shí)免維護(hù)運(yùn)行；電力生產(chǎn)可以取代家庭中的部分網(wǎng)電消耗；提供更大的能源和環(huán)保收益。
家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組在一般情況下可將70%-80%的燃料高位發(fā)熱值轉(zhuǎn)換成采暖或熱水的熱能供應(yīng)，其中的10%-25%轉(zhuǎn)換成電力。其余的10%-15%為煙氣損失，在冷凝狀態(tài)下的高位發(fā)熱值的熱效率可達(dá)90%，能夠達(dá)到冷凝式鍋爐的熱效率，因此，在目前狀況下，家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組還替代不了冷凝式鍋爐，但可以替代常規(guī)的供熱鍋爐。估計(jì)在英國(guó)，5年后，家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組會(huì)和冷凝式鍋爐平分家用供熱市場(chǎng)，每年消費(fèi)約100，000臺(tái)，當(dāng)然，這僅僅是一個(gè)市場(chǎng)預(yù)測(cè)。
民用住宅供熱技術(shù)目前在歐洲發(fā)展迅速，過去一直采用常規(guī)鍋爐技術(shù)，目前可以取代
常規(guī)鍋爐實(shí)施供熱的技術(shù)主要有：冷凝式鍋爐(CB)供熱技術(shù)，Micro CHP供熱技術(shù)、(CB-PV)供熱技術(shù)和Fuel Cell供熱技術(shù)，太陽(yáng)能供熱(SH)技術(shù)以及生物質(zhì)供熱(BH)技術(shù)等。圖3示出了其中某些新型供熱技術(shù)對(duì)二氧化碳減緩的巨大潛力�？梢姡�既能發(fā)電又能供熱的家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn) (Micro CHP) 技術(shù)更具市場(chǎng)潛力。
和常規(guī)電廠、常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠相比，家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn) (Miro CHP) 技術(shù)由于不需要電力傳輸和分配，轉(zhuǎn)換效率高，將會(huì)具有更大的市場(chǎng)份額。表5示出了燃?xì)獾某Ｒ?guī)電廠、常規(guī)的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的有效能量比較。
除了發(fā)展以燃?xì)鉃橹鞯募彝ノ⑿蜔犭娐?lián)產(chǎn)技術(shù)，也有很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始開發(fā)基于生物質(zhì)燃料的家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)被稱為生物質(zhì)燃料的家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù) (Bio CHP)。該技術(shù)是和家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn) (Micro CHP) 技術(shù)同源的技術(shù)，也可以采用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，原理上講，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可以燃燒所有的液體和氣體燃料，只是根據(jù)燃料的粘度和其他特性需要對(duì)燃燒器進(jìn)行改造。據(jù)稱Bio CHP技術(shù)比燃?xì)獾腗icro CHP技術(shù)具有更低的CO2排放。在美國(guó)還存在一種熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，被稱為BCHP(Building Combined Heat and Power )技術(shù),它主要是值新興的微型汽輪機(jī)技術(shù)，具有和常規(guī)的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)相同的原理，只不過熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模小，只能用于建筑物等小區(qū)域供熱。
3.2.3 區(qū)域供熱技術(shù)
區(qū)域供熱主要滿足城市采暖和熱水供應(yīng)的需求，除此之外，也向鄰近的工業(yè)區(qū)提供一定的熱能用以工業(yè)建筑的采暖供應(yīng)，區(qū)域供熱一般不直接向工業(yè)生產(chǎn)過程供應(yīng)熱能。
歐洲國(guó)家的區(qū)域供熱技術(shù)的推廣和發(fā)展都非常成功。起步較晚的瑞典于1948年開始區(qū)域供熱，目前的區(qū)域供熱技術(shù)在瑞典的供熱市場(chǎng)具有極其重要的地位，目前總的供熱市場(chǎng)每年超過50 TWh(109kWh)。綜觀瑞典1981、1993、1997三個(gè)年份的供熱市場(chǎng)產(chǎn)量、燃料份額及廢氣排放量。可以發(fā)現(xiàn)由于供熱的燃料種類發(fā)生很大的變化，盡管1993年的供熱量比1981年增加40%，但由于增加了區(qū)域供熱中油、熱泵、天然氣和生物質(zhì)的份額，SOx、NOx和CO2的氣體排放量分別降低了75%，44%和26%。1997年的燃料份額說明瑞典未來供熱市場(chǎng)的發(fā)展方向是生物質(zhì)、熱泵、天然氣和廢棄物燃料的區(qū)域供熱。
丹麥的區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展也非常迅速，目前，全國(guó)已經(jīng)安裝了400多個(gè)獨(dú)立的區(qū)域供熱系統(tǒng)，從1992年開始，燃煤的區(qū)域供熱系統(tǒng)逐年大幅度減少，天然氣、可再生能源的區(qū)域供熱系統(tǒng)逐年大幅度增加，燃油的區(qū)域供熱系統(tǒng)逐年小幅度穩(wěn)步減少。
近幾年，我國(guó)的區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展也比較迅速，前幾年，全國(guó)各大中型城市主要發(fā)展以燃煤為主要燃料的區(qū)域供熱系統(tǒng)，其熱水鍋爐容量一般為14-29MW，近幾年才開始發(fā)展燃?xì)獾膮^(qū)域供熱系統(tǒng)，其中，以北京發(fā)展最快，北京市已經(jīng)安裝了多臺(tái)116MW，58MW，46MW，29MW的大容量燃?xì)鉄崴�鍋爐進(jìn)行區(qū)域供熱，為我國(guó)大容量熱水鍋爐和區(qū)域供熱及熱網(wǎng)運(yùn)行積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
3.2.4 冷凝式鍋爐技術(shù)
冷凝式鍋爐是指能夠從鍋爐排放的煙氣中吸收水蒸氣所含的汽化潛熱的鍋爐。常規(guī)鍋爐將煙氣中大部分顯熱傳遞給水或蒸汽，而冷凝式鍋爐不僅將更大一部分顯熱傳遞給水或蒸汽，而且還吸收了部分煙氣中的水蒸氣冷凝后釋放的汽化潛熱。冷凝式鍋爐這一概念的實(shí)現(xiàn)必須具有冷凝式熱交換受熱面，當(dāng)然這種熱交換可以是間壁式、再生式，也可以是直接接觸熱交換的結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際應(yīng)用中要達(dá)到煙氣中水蒸氣的冷凝，系統(tǒng)回水溫度一般要低于50～55℃。按照是否利用煙氣中水蒸氣的汽化潛熱可以將鍋爐分成二類：
(1)冷凝式鍋爐  冷凝式鍋爐因?yàn)槲�收了煙氣中大部分的物理顯熱和水蒸氣的汽化潛熱而具有較高的熱效率，即使在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也是如此，冷凝式鍋爐的排煙溫度一般低于75℃。
(2)非冷凝式鍋爐  或稱常規(guī)鍋爐，一直以來，避免尾部受熱面產(chǎn)生冷凝是設(shè)計(jì)常規(guī)鍋爐時(shí)努力堅(jiān)持的基本原則。設(shè)計(jì)時(shí)要使尾部受熱面壁溫高于水露點(diǎn)和酸露點(diǎn)，排煙溫度一般在170℃以上。煙氣中水蒸氣所含的汽化潛熱隨煙氣通過煙囪排入大氣。
冷凝式鍋爐必須具有冷凝式熱交換受熱面，采用高性能的外殼保溫和密封材料，鍋爐本體和煙囪必須設(shè)置冷凝水排放裝置，一般要增設(shè)引風(fēng)機(jī)以克服冷凝式熱交換受熱面的阻力以及低排煙溫度引起的自然通風(fēng)力的下降。
鍋爐負(fù)荷、系統(tǒng)回水溫度、過量空氣系數(shù)都直接影響冷凝式鍋爐的熱效率。
3.2.5新能源的開發(fā)利用
新能源泛指可再生能源及其他不同于常規(guī)的能源，可再生能源主要是指太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎退�能等能源。它們具有資源豐富、無環(huán)境污染、清潔安全、資源不枯竭等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分�？傮w上來講，我國(guó)可再生能源利用比重低，可再生能源資源豐富 ,但開發(fā)程度低，發(fā)展?jié)摿�巨大。估�?jì)在21世紀(jì)中葉前，我國(guó)可再生能源可采集量也僅為4～5億tce，占一次能源總供應(yīng)的比重不到10%。
目前太陽(yáng)能不僅可以用于加熱采暖和生活熱水，而且太陽(yáng)光電系統(tǒng)可以利用太陽(yáng)光直接產(chǎn)生電，產(chǎn)生的電可以用于家庭照明，啟動(dòng)供熱系統(tǒng)的水泵等。圖7左側(cè)示出了一個(gè)最常用的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)示意圖，但該圖中的太陽(yáng)能控制器和水泵系統(tǒng)并不是采用網(wǎng)電，而是采用太陽(yáng)能電池的PV系統(tǒng)作為電源。圖7右側(cè)的小模塊就是太陽(yáng)能PV電池和將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成熱能的太陽(yáng)能集熱板，太陽(yáng)能集熱板和太陽(yáng)能PV模塊只是鑲嵌在屋頂上，并不太影響整個(gè)建筑的美觀。
除太陽(yáng)能的利用技術(shù)外，其他的可再生能源技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被廣泛重視。