面向船舶多種余熱梯級利用的TEG-ORC 聯合循環性能

柳長昕，葉文祥，劉健豪，呂冠澎，趙庭祺，董景明

大連海事大學輪機工程學院，大連 116026

作為航運業主要載體的遠洋船舶，其有效能源利用效率不足50%[1]，大部分能源消耗以廢熱的形式排放到環境中，造成巨大能源浪費的同時也導致碳排放居高不下；據國際海事組織（IMO）調查顯示[2]，目前國際航運業的CO2排放量已占到全球CO2排放量總量的3%左右，若不采取相關解決措施，到2050 年該比例預計將增至18%.因此，開展基于余熱回收的船舶能效提升技術研究，是緩解能源短缺壓力和應對嚴苛法律法規要求的有效途徑之一.

船舶余熱種類較多且回收潛力巨大，眾多研究結果已證明了溫差發電（TEG）技術和有機朗肯循環（ORC）技術在船舶余熱利用與能效提升方面的巨大潛力.Georgopoulou 等[3]提出了一種面向船舶應用的TEG 模型，并對其回收船舶低品位余熱的潛力進行了評估.鑒于溫差熱電材料轉換效率不高且普通TEG 裝置對船舶余熱回收效果有待提升，Yan，Liu 和其他研究學者在汽車尾氣余熱回收研究基礎上，針對船舶余熱特點及其換熱瓶頸，設計了基于多種船舶余熱的HP–TEG 裝置，并開展了理論及實驗研究[4–10]；Yang 和Yeh[11]從熱力學性能和最佳經濟性入手，對基于ORC 營運船舶主機煙氣余熱回收裝置的最大凈輸出功率和熱效率進行了評估.目前，基于ORC 的船舶余熱利用存在難以回收多種類、多溫度區間的船舶余熱等局限.

Miller 等[12–13]提出了一種將TEG 和ORC 相結合的系統，高溫煙氣可以先通過TEG 單元，在發電的同時實現溫降，后進入蒸發器中預熱ORC 工質，實現廢熱的充分利用；……