第23卷第1期2010年3月
5燃气轮机技术6
GAS TURB I NE TECHNOLOGY
V o l123N o.1
M ar.,2010
林汝谋，郭栋，金红光，隋军
(中国科学院工程热物理研究所，北京100190)
摘要：分布式冷热电联产系统评价准则对系统集成开拓与设计优化至关重要，传统的热效率、火用效率等难以全面科学地评估多供能系统性能特性，也不适于作为联产系统设计优化的目标函数。文章概述了目前常用的评价准则及其存在问题，基于热力学基本方程和联产系统的本质特征，提出了能量梯级利用率的评价准则。
新准则从发电、制冷及供热等过程耗用能量的品位和生产产品的品质等来全面权衡不同能量转换利用过程的本质差异，并借助权重系数来综合量化描述。还结合实际的联产系统算例，对新准则和原有的评价准则进行比较分析。研究表明，该准则应用简便、合理、准确，为冷热电联产系统集成开拓与设计优化提供了一个更好的新准则。 关键词：分布式能量系统；冷热电联产；评价准则；能量梯级利用率
中图分类号:TK473文献标识码:A文章编号:1009-2889(2010)01-0001-10
分布式冷热电联产系统是直接面向用户提供多种形式能量的中小型终端供能系统，对开拓能源利用新模式、推动可再生能源发展应用、优化能源结构，以及系统节能等将发挥重要作用，为可持续发展的能源动力系统。冷热电联产符合能量梯级利用的科学用能思想，是合理用能的一条有效途径，因而受到了广泛的关注[1-10]。相关的科技问题已成为能源领域研究的前沿课题与热点[11-16]，例如，分布式能量系统开拓与应用，冷热电联产系统集成理论、系统特性规律以及设计优化研究，热电冷联供系统技术经济与效益分析等。主要的核心科技问题有：化石能源与可再生能源和环境资源的互补问题，不同热力循环的耦合问题(包括热力循环与非热力循环的耦合，正循环与逆循环的耦合)，燃料化学能与物理能和不同品位热能的综合梯级利用，联产系统运行特性与设计工况性能相悖问题、并由此引起的系统设置与储能措施和全工况优化调控问题，以及多能源输入与多能量输出的多功能系统设计优化
和评估的基础问题等。但是，联产系统理论研究滞后于工程应用发展，还没有形成完整的理论体系，相关的基础问题急待深层次研究。特别是对联产系统性能特性的评价准则，包括对冷、热、电统一量化的评价，就是其中一个重要的核心科学问题，许多学者开展了研究[17-25]，也有一些进展，但至今尚未获得质的突破。冷热电联产系统是一个多种形式能输出的复杂系统，且系统涉及的冷、热、电三种能量是不等价的，这使得其评价准则成为难题，并给联产系统开拓集成和设计优化带来了很大困难，而联产系统制冷和供热技术与能源多样性又使问题变得更加复杂。现有的评价指标(如热效率、火用效率、折合性能指标以及相对节能率等)本质上都仅从单一的标准与方法对冷热电产品加以区分，通常只适用于单一能源输入或单一能量产品输出的系统，而联产系统直接沿用时常常出现问题、甚至得出错误的结论。
本文基于热力学基本原理和联产系统中不同能量转换利用过程的梯级利用本质特征，提出了能量梯级利用率的新准则，并借助于权重系数来综合量化描述发电、制冷及供热等过程耗用能量的品位和生产产品的品质等差异，还结合实际的联产系统算例，对新准则和原有的评价准则进行比较分析。旨在破解常规方法面临的难题，为联产系统集成开拓与设计优化提供新方法和目标函数。
*收稿日期:2009-08-24
基金项目：国家973计划基金资助的分布式冷热电联供系统项目(2010CB227300)和多联产项目(2005CB221207)。
燃气轮机技术第23卷
1联产系统常用的评价准则及存在问题能源动力系统的评价准则是其模拟分析和设计优化的基准。选用的评价准则不同，得出的结论也不同，合理的评价准则对于全面客观地评价联产系统的性能特性是至关重要的，并将指引系统集成开拓与设计优化沿着正确方向进行。如果评价准则选择不当，得出的结论则可能是不明确的，甚至是荒谬的。
长期以来，热力学第一定律效率(热效率)被广泛应用，对于单一能源输入和单一供能输出的能源动力系统来说，它能够比较好的描述系统能量转换利用的有效性与优劣，即它适用于单纯供热或纯产功等单一功能系统，也比较简单易懂，得到了广泛应用。但对于功热并供系统，由于无法区分功与热的品位差异及其在价值上的不等价性，则是不适用的。早期，功热并供系统常采用两个指标(热效率和功热比)来评估。若对比的某一个系统的两个性能指标都好时，才可以得出明确的结论；如果出现/一好一差0的情况，就很难评说哪一个系统更好了。后来，采用热力学第二定律效率(火用效率)。火用的概念是近期才逐渐明确的，它使人们得以将/质0与/量0结合起来去比较科学地评价能量的价值。火用表示了一定参数工质在基准环境下所能做功的最大可能性，系统输出热的火用值要低于本身的热值，把它与机械能(功输出)相比则要打一个折扣。因此，它是借助卡诺循环效率所表达的热转化为功的理论限度来给有效热输出打个折扣，以区分热与功的不等价性。但是，对于冷热电联产系统就又产生新问题，因为冷火用和热火用是不等价的，且冷火用相对于功输出又如何打折扣呢?
目前，对分布式冷热电联产系统的分析研究，多借鉴传统的热电并供系统评价准则。但大量应用结果都不太理想，不同的评价准则常常呈现不同、甚至矛盾的结论。至今还没有一致认可的性能评价指标，常用的性能指标都还存在一些问题，有待深入研究解决。下面简要地综述联产系统比较常用的评价准则及其存在的问题。
1.1基于热力学第一定律的热力性能评价准则
目前常用的是热力学第一定律效率G(简称热效率，又称总能利用效率)，系统热效率越高，表明系统的热力性能越好。它的定义是一个分数，即联产系统各种形式的能量输出(包括发电量、制冷量与供热量)的总量与输入能源总量(或所消耗的一次能源总量)的比值。对于冷热电联产系统的热效率:
G cog=Q cogC+Q cogR+P cog
G cogf H u
(1)
式中:Q cogC-联产系统输出的制冷量,k W;Q cogR -联产系统输出的供热量,k W;P cog-联产系统输出的功(电)量,k W;G cog f-联产系统燃料消耗量, kg/s;H u-燃料净比能(kJ/kg)。
这样，它把冷、热与功等不同品质与品位的能量等同看待，直接相加。因此，基于热力学第一定律的系统热力性能评价准则，只是反映系统能量转换利用的数量关系，既没有对冷热电三种输出能源的能级与品位加以区分，也没有合理反映产生这三种能源所消耗能量的分摊情况。虽然热效率应用得最早，至今还得到较多应用，但它通常只适用于单一功能系统，而对于功热并供或冷热电三联供等多功能系统来说，则是不科学与不合理的。
1.2基于热力学第二定律的热力性能评价准则
后来，许多学者尝试应用热力学第二定律，来处理热与功在品位上的不等价性。它以各种能量的火用(最大理论做功能力)来进行统一评价，并由此推出基于热力学第二定律的火用效率G ex，定义为系统输出的总火用(2E ou t)与输入的总火用(E cogf)的比值:
G ex=
2E ou t
E cogf
=
E cogC+E cogR+E cogP
E cog f
=
A EC Q cogC+A ER Q cogR+A EP P cog
A Ef Q cogf
(2)
式中:E cogC-联产系统输出的冷量火用,kJ;E cogR-联产系统输出的热量火用,kJ;E cogP-联产系统输出的功火用,kJ;E cogf-联产系统消耗燃料总火用,kJ;A EC、A ER、A EP、A E f-分别为冷量、热量、功以及燃料的火用值系数。
火用效率比热效率更合理之处就在于：基于热力学第一定律的式(1)认为冷或热与功之间没有区别；而式(2)对冷或热与功的品位或价值有不同的评价，它通过A EC、A ER和A EP来表达的冷或热与功的不同价值，并用热力学第二定律来定量评定的，而且A EC或A ER是一个与制冷或供热参数有关的变数。可见，火用效率的确在热力学上更加正确地看待了冷或热与功的不同，它注意到了功和冷或热在热力学方面的不等价性，考虑了冷或热与功价值的当量火用值比值(A EC/A ECP或A ER/A EP)，对有效冷或热等输出进行打折扣，因此能够比较合理地从热力学角度评价
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第1期分布式冷热电联产系统的能量梯级利用率新准则
热力系统。但是，火用的概念是从热功转换的最大可能性出发，并不适合于用来描述制冷的能量转换利用热力过程，而冷量与功的当量火用值比值(A EC/A EP)也不能准确反映两者之间的不等价性。另外，冷火用与热火用的难以选择统一的基准环境，衡量两者价值的基准常常是不同的。因此，冷热电联产系统以火用效率为评价准则来分析，常常也得不到合理的结果，问题仍然没有解决。
文献[17]等提出热电联产系统中另一种规定当量比值A h的方法，它定义A h为系统供热与供电(功)的售价之比(即系统供热的售价C R与供电售价C P之比)，就得出另外一种广义火用效率，即经济火用效率G EC。由于它主要从经济角度来区分热与功的，通过价格反映出功与热的贡献(价值)不同及生产难易，从而能较好地反映出热力系统的能量转换利用的优劣。经济火用效率应用成功与否，与热/电(功)的售价比A h是否定得恰当大有关系，在市场经济中A h是能够反映实际生活中社会对功(电)与热的需求性与价值观的，但它将随地区和季节等波动。本文侧重于热力学评价准则，对经济火用效率就不再赘述。
1.3联产系统相对节能率住宅部品
目前，联产系统也常常采用与参照的分产系统对比的相对节能率作为性能指标，进行系统模拟分析。通常，系统相对节能率定义为：在联产系统和参照的分产系统输出相同的产品(冷量、热量与电量)条件下，两者总能耗之差的相对比值。冷热电联产系统相对节能率ESR(或PES)定义为:
ESR=[Q D-Q cog]/Q D(3)
Q D=(Q DC/G DC+Q DR/G DR+P D/G DP)
=(G DC f+G DR f+G DPf)H u(3a) Q cog=G cogf H u(3b)
P cog=P D;Q cogC=Q DC;Q cogR=Q DR(3c)式中下标表示:cog-联产系统的;D-分产系统的;C-制冷的;R-供热的;f-燃料的。
式(1)表达的联产系统热效率描述了系统输入能量与输出能量的总体转换利用情况，而相对节能率则关注在相同产品输出的情况下联产系统与参照分产系统(多选常规或典型的系统)相比时能源消耗的节约情况。另外，还常常引入电热比、电冷比及电热冷比等无因次变量系数用来描述联产系统的特性与相对节能率。如功(电)热比R PR描述联产系统中燃料化学能转化为功输出与热量输出的比例关系，定义为:R PR=P cog∕Q cogR。功(电)冷比R PC描述联产系统中燃料化学能转化为功输出与冷量输出的比例关系，定义为:R PC=P cog∕Q cogC等。
虽然联产系统节能率的定义是明确的，但由于人们对它理解或其本身的问题，常常出错。例如，根据系统相对节能率的定义，联产系统和与其比较的参比分产系统生产的冷、热、电与他们之间比例都应该是确定的，而许多作者却采用相同能源输入量条件下进行不同的联产系统方案的优化分析和比较，这显然没有正确理解相对节能率定义，从而产生概念性错误。还有人在功热比和功冷比等变化或不同情况下评估联产系统优劣，导致许多错误结论。而问题的关键还在于，传统的相对节能率与热效率一样，都把冷热电三种不同品质的能量等同对待，没有区分他们在品位上的不等价性。即使应用火用概念来改造相对节能率，也将和火用效率类似，不会彻底解决问题。
1.4联产系统的折合性能指标
当能源动力系统存在多种产品输出时，若假定其中几种产品的能量转换利用性能指标与参照的分产系统(或过程)相同时，推算出来的剩下一种产品能源利用性能指标就被称为联产系统的折合性能指标。若假定联产系统中冷量和热量输出的能耗都与参照的分产系统相同时，推算得到的发电效率就称为联产系统的折合发电效率:
G cogPZ=P cog/(Q cogf-Q cogC/G DC-Q cogR/G DR)(4)
显然，上式中Q cogC/G DC表示参照的分产系统中生产与联产系统相同的冷量所需能量;Q cogR/G DR则表示参照系统中生产与联产相同的热量所需能量。
孑孓
与此类推，可得出联产系统的折合制冷效率和折合供热效率:
G cogCZ=Q cogC/(Q cogf-Q cogR/G DR-P cog/G DP)(4a)
G cogRZ=Q cog R/(Q cogf-Q cogC/G DC–P cog/G DP)(4b)
不难看出，上述联产系统折合性能指标存在明显缺陷，他们都把联产集成带来的好处统统归于一种产品，而主观地认为对另一种产品没有任何影响。这样处理虽然简单明了，但与实际情况不符、且是不合理的。因此，他们没有得到更多的认可和应用。2单一能源的冷热电联产系统能量梯级利用率
冷热电联产的实质是按照能量品位高低对能量进行对口梯级利用。在能量逐级转化利用过程中,
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燃气轮机技术第23卷
消耗的能量的品位逐级下降，适宜生产的产品种类也就随之变化。通常，燃料(一次能源)通过燃烧释放出热能，高温热能先借助热机用来发电；然后，通过制冷循环利用发电后排放较高温度的余热来供冷；最后，借助各种换热器或热泵利用系统各种较低温度的余热和废热对用户供热。联产系统输出的/冷量0主要用于空调或冷库，制冷系统的性能特性既与所采用的制冷技术与系统有关，更与制冷热源
温度和冷量品位密切相关。而联产系统输出的/热量0主要用于暖通用热和生活热水等低温热量或各种生产过程的中低温热量，供热系统的性能特性既与所采用的供热手段与系统有关，也与供热热源温度和输出热量的品位密切相关。显然，联产系统的评价准则应该全面反映这些特性。
本文从联产系统的本质特征出发，提出冷热电联产系统能量梯级利用率。它定义为:
G cogTY=A P P cog+A C Q cogC+A R Q cogR
A f Q cog f
=A P P cog(X q P/A fP Q fP)+A C Q C(X qC/A fC Q fC)
+A R Q R(X q R/A f R Q fR)
=X X qP(A P P cog/A fP Q fP)+X XqC(A C Q C/A fC
Q fC)+X X q R(A R Q R/A f R Q fR)
=X X q P G P(A P/A fP)+X X qC G C(A C/A f C)+
X XqR G R(A R/A fR)(5) X XqP=A fP Q fP/A f Q cogf(5a) X XqC=A fC Q f C/A f Q cogf(5b) X XqR=A f
R Q fR/A f Q cogf(5c)式中:
X XqP–联产系统中发电消耗能量的权重比例系数; X XqC-联产系统中制冷消耗能量的权重比例系数; X XqR-联产系统中供热消耗能量的权重比例系数;
A P-联产系统功输出的能级品位统一量化系数;
A C-联产系统冷量输出的能级品位统一量化系数;
A R-联产系统热量输出的能级品位统一量化系数;
A f-输入联产系统的燃料能级品位统一量化系数。
G P=P cog/Q fP-发电级能量转换效率;
G C=Q C/Q fC-制冷级能量转换效率;温室气体排放
G R=Q R/Q f R-供热级能量转换效率;
A fP、A f C、A fR–分别为各级系统输入能量(热能)的能级品位统一量化系数。
从式(5)可看出冷热电联产系统能量梯级利用率主要取决于三类变量：能级品位统一量化系数(A c、A R、A P、A f)，各级供能系统的能量转换效率(G C、G R、G P)，以及各级供能系统消耗能量的权重比例系数(X X q C、X XqR、X X qP)等。这样，联产系统能量梯级利用率借助统一量化的能级品位系数来表达冷热电产品的不等价性，并充分考虑随着比较条件的变化而变化情况。它还借助能量消耗的权重比例系数来描述联产系统集成特征及其各种有效供能所消耗能量分摊的合理份额，不仅考虑了消耗的能量数量，并考虑了能量的品位等。它从能量转换利用的本质特性，比较好地区分耗用能量的数量和质量，更好地区分冷火用与热火用的重大差异和不等价性，也把不同温度的供热的差异恰当地表达出来。
2.1能级品位统一量化系数
本文从不同能级品位能量转换的梯级利用能力角度对各种能量进行统一量化处理。式(5)中借助能量品位统一量化系数(A i)来表达热力学上各种能量的价值(或品位):A c为冷量的价值(或品位);A R 为热量的价值(或品位);A P为功量的价值(或品位);A f为输入联产系统的燃料的价值(或品位)。也可以说，能级品位统一量化系数是基于能量品位概念的折合系数，它把能量质量和数量关联起来，去统一量化描述各种能量及其关联关系。能量的能级品位问题比较复杂。若把各种能量都看成等价的，即所有的能级品位统一量化系数就都等于1.0，则联产系统的能量梯级利用率就和系统热效率一样，显然是不行的。因此，通常要从能量转化利用能力与价值角度来理解和处理。如从热力循环角度看，机械功的价值最大，
并多以它作为比较基准，故常把A p定为约1;A f表达输入燃料的价值(品位)，由于燃料的火用值与低位热值相差不大，并认为它的价值也接近于最大，即A f也常常接近于1；而在理论上，热量和冷量的品位可借助火用概念或卡诺循环效率来求解。但是，如前面所述的，冷量与功量、冷量与热量等的火用值不能准确反映两者之间的不等价性。另外，冷火用与热火用是相对于环境基准而言的，不同系统生产的冷量和热量的温度常常不同，系统流程及其技术也是不同的，所以冷火用与热火用难以选择同一个基准，而且两者常常是不等价的。我们暂且倾向基于更新的能量品位概念来处理统一量化系数。文献[26]给出能量品位定义式:
A=$E/$H=1-T0($S/$H)(6)
式中:$E为能量过程的火用变化;$H为能量传递过程的焓变化。
因为能量转换利用时不仅有数量的问题，还有
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第1期分布式冷热电联产系统的能量梯级利用率新准则
能的品位的问题。能的品位是指单位能量所具有可用能的比例，是标识能的质量的重要指标。可以把能量大致划分为化学能与物理能两大类。物理能(热)品位A t常常被认为释放或接受热量的热源温度所
对应的卡诺循环效率，或直接用热源温度的高低来代表热的品位的高低。燃料的化学能同样也存在品位概念，但化学能品位A c问题比较复杂，还没有明确的说法。从理论上看，它与燃料的组分有关，但在实际应用时更重视/成分对口0的应用价值的衡量杆杠。值得注意的是，式(5)中的能级品位系数都是以比值形式出现，因而就把相关问题处理时产生的误差降低到最小程度。
2.2各能级能量转换利用率与能量梯级利用率
按照能量能级和品位的概念，可以推导影响冷热电联产系统能量梯级利用率的三类变量及其关联的关系式。但是，对于不同技术和流程集成的联产系统，这些关系式的具体形式将有所不同。本文以典型能量梯级利用流程的分布式冷热电联产系统为实例(图1)，推导有关的公式。如图1所示，输入系统的燃料首先通过能量释放与转换过程实现化学能向热能的转化:A f G f H u]A3Q3+v(A f Q f)。然后，通过热机热功转换实现产功的功能:A3Q3]A P P cog+ A4Q4+v(A3Q3)。再后来，热机的排热先经过制冷循环实现制冷功能:A4Q4]A C Q cogC+A5Q5+ v(A4Q4)。最后，借助换热器或热泵进行供热: A5Q5]A R Q cogR+A6Q6+v(A5Q5)。
联产系统发电级能量转换效率:
G P=P cog/Q fP=P cog/Q3(
7a)
图1分布式冷热电联产系统能量梯级利用流程示意图
Q fP=Q3;A fP=A3(7b)
联产系统制冷级能量转换效率:
G C=Q cogC/Q fC=Q cogC/Q4(8a)
A fC=A4(8b)
联产系统供热级能量转换效率:
G R=Q cogR/Q f R=Q cogR/Q5(9a)
A fR=A5(9b)
从基本定义出发，可得到联产系统中各级能量
梯级利用率:
发电级能量梯级利用率:
G PTY=P cog A P/Q fP A fP=G P(A P/A fP)(10a)
制冷级能量梯级转换率:
G CTY=Q cogC A C/Q fC A fC=G C(A C/A fC)(10b)
供热级能量梯级转换率:
G RTY=Q cogR A R/Q fR A f R=G R(A R/A fR)(10c)
各级供能系统的能量梯级利用率(G PTY、G CTY、
G RTY)主要取决于各级供能系统的能量转换效率
(G P、G C、G R)和能量品位统一量化系数的比值(A P/
A fP、A C/A fC、A R/A fR等)。各级供能系统的能量梯级
利用率(G PTY、G CTY、G RTY)与常规的各级系统能量转
换效率(G P、G C、G R)差别在于，它们不仅与各级系统
能量转换变化的数量和转化率有关，而且与消耗能
量和输出能量的能级品位之比值有关。
从热转功的供能角度，发电级的能量转换效率
就是常用的热力循环的效率；而从热泵的概念来
看[27-28]，制冷级和供热级的能量转换效率则相当于
逆热力循环的性能系数(或热能利用系数)，它是指
热泵收益(制冷量或供热量)与付出代价(所消耗的
电功或热能)的比值。目前，冷热电联产系统中更
多利用系统(或系统外)余热或废热来进行制冷与
供热，即更多采用吸收式制冷和供热技术。这时，在
求制冷级和供热级的能量梯级利用率时，可借助吸
收式热泵的制冷系数(COP C)和供热系数(COP R)
概念来处理。当仍然利用常规的换热设备来供热
时，自然还是应用供热装置的供热效率或传热效率
(G R)的概念。这时，式(10b)和(10c)可改为:
G CTY=
Q cogC A C
Q fC A fC
=(COP C Q f C/Q fC)(A C/A fC)
=COP C(A C/A fC)(10bb)
G RTY=Q cogR A R
Q fR A fR
=
COP R Q f R A R
Q fR A fR
=G R(A R/A f R)
=COP R(A R/A f R)(10cc)
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燃气轮机技术第23卷
上两式中:COP C-联产系统中制冷循环的制冷系数;COP R-联产系统中供热循环的供热系数。
把式(10a)、(10b)或(10bb)、(10c)或(10cc)代入式(5)，即可得到冷热电联产系统的能量梯级利用率另一种表达式:
G cogTY=X X q P G PTY+X X q C G CTY+X X q R G R TY(11)
2.3联产系统中各级供能系统所消耗的权重系数
权重系数从能量的数量与质量相结合地反映联产系统中各种供能产品耗用能量的情况，即更合理地描述冷热电三种供能子系统消耗的能量占系统总输入的一次能源(燃料)的份额。从热力学基本方程，并假定以热机从环境吸入空气的热量品位(Q2, A2)为计算基准，不难得到联产系统(如图1所示)能量梯级利用平衡方程:
A f Q cogf=A f G cogf H u f=A P P cog+A C Q cogC
+A R Q cogR+[2$(A i Q i)+A6Q6–A2Q2](12)
河南妇女毛深深的沟WCD
1=X qP+X q C+X q R+X qf=X X qP G P+X XqC G C+ X XqR G R+X X qf G f(12a)式中:$(Q i A i)-各种过程或子系统的能量及其能级品位损失的统一量化系数;X q f、X Xq f-联产系统能量损失权重系数、权重比例系数(含燃烧过程和排气等损失权重系数)。
发电级消耗能量的权重系数:
X qP=P cog A fP/Q cogf A f(13a)制冷级消耗能量的权重系数:
X qC=Q cogC A fC/Q cogf A f(13b)供热级消耗能量的权重系数:
X q R=Q cogR A fR/Q cogf A f(13c)联产系统公共能量损失的权重系数:
X q f=[2$(A i Q i)+A6Q6-A2Q2]G f/Q cogf A f(13d)权重系数要满足式(12a)(1=X qP+X q C+X qR+ X qf)的归一化制约条件。实际上，它就把联产系统各种公共的能量损失，包括燃料化学能转化为热能过程损失以及排气损失等，按各级消耗的燃料份额比例分摊到各级供能系统；而传统的做法则是把这个损失全部归于发电系统，显然是不合理的。
3多能源互补的联产系统能量梯级利用率
多能源互补是当今世界分布式冷热电联产系统发展的一个趋势[29-30]。本文基于能量能级和品位概念，
推导太阳能与化石燃料互补的联产系统能量梯级利用率的普适性关联式。这两种能源互补的形式多样，如采用太阳能热分解化石燃料(如甲醇)的热化学反应方式；把太阳能热加入热力循环参与热功转换的热能梯级利用的方式；分担部分制冷功能的太阳能制冷方式；太阳能直接参与部分供热功能的方式等。对于不同互补方式的联产系统，关联式的具体形式将有所不同，而图2所示的典型太阳能与化石燃料互补的联产系统将最大程度地覆盖了上述的各种互补的情况。首先，输入系统的化石燃料和中低温热能(如太阳热能)通过热化学反应进行能量转化，实现燃料化学能梯级利用和中低温热能品位提升，再向热能的转化:A ff Q ff=A fff Q fff+A ff
R
图2太阳能与化石燃料互补的联产系统能量梯级利用流程示意图
大庆油田建设设计研究院
Q ffR]A3Q3+v(A ff Q ff)。然后，通过热机热功转换
实现产功的功能:A fP Q fP=A fp f Q fPf+A fPR Q fPR]A P P cog
+A4Q4+v(A3Q3)。再后来，热机的排热先经过制
冷循环实现制冷功能:A fC Q fC=A fC f Q fCf+A fCR Q fCR]
A C Q cogC+A5Q5+v(A4Q4)。最后，借助换热器或热
泵进行供热:A fR Q f R=A fR f Q f R f+A f R R Q fRR]A R Q cogR
+A6Q6+v(A5Q5)。
同样，不难推得类似于式(5)的多能源互补的
联产系统能量梯级利用率:
G cogTY=
(A P P cog+A C Q cogc+A R P cogR)
絮凝剂A cog f Q cogf
=X XqP G P(A P/A fP)+X XqC G C(A C/A fC)
+X XqR G R(A R/A fR)
=X XqP G PTY+X XqC G CTY+X XqR G RTY(14) 6
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