什麼是「冷氣供電」？

朗肯循環和有機朗肯循環
廢熱是一種龐大、利用率低且可持續的能源，但由於捕捉廢熱並轉換為電力所需的成本高昂，因此經常被忽略。朗肯循環 (RC) 系統用於從熱能產生清潔電力已有數十年的歷史，然而這些系統只限於高溫熱能來源，例如大型發電廠、工業綜合體和大型地熱源。

有機朗肯循環技術 (ORC) 是朗肯循環技術的改進，隨著有機朗肯循環技術的發展，現在有能力捕捉低溫熱能並將其轉換為電能。這兩種循環的主要差別在於 RC 使用蒸氣來發電，而 ORC 則是將沸點低於水的有機工作流體轉換為蒸氣來發電。這一區別因素使得系統體積更小，允許使用較低溫度的熱源（如引擎廢熱和製程熱）來產生無排放電力。

 

螺旋驅動器與渦輪技術的比較
然而，並非所有的 ORC 系統都是相同的。有些系統使用渦輪作為發電機，而有些系統則使用螺桿膨脹機。每種系統都有其優點和缺點，在此將進行簡要討論，但必須注意的是，淨零冷卻發電技術是一種主要利用螺桿膨脹機技術的解決方案。

渦輪系統一般適用於穩定負載的熱流。由於較少的摩擦損失和極高的運轉速度，渦輪系統的效率比膨脹器略有提高。然而，由於葉片以如此高的速度旋轉，渦輪系統因液體撞擊或在加壓蒸氣中形成液滴而損壞的風險增加。因此，此循環需要在整個過程中使用過熱蒸氣，以避免因壓力下降而產生冷凝。如果發生這種情況，葉片可能會嚴重損壞，必須更換。這對於更小、更多變的熱源造成了問題。如果渦輪無法維持過熱入口參數，系統將不得不關閉或進入旁路以避免損壞。

如上文所述，渦輪系統可能是流量穩定的較高溫熱源的理想選擇，但往往不適合許多廢熱回收機會，而螺桿膨脹機系統由於具有優異的瞬態運行能力，能夠充分利用這些機會。

與渦輪系統相比，螺桿膨脹機體積小、成本效益高且堅固耐用。其設計可降低運轉速度、使運轉更安靜，並減少維護。由於系統以更低的速度運轉，因此對泵的壓力更小，從而降低了維護成本並使操作更輕鬆。脹管機的堅固性使其能夠承受因工作流體相變不完全而造成的 「濕 」雙相流。這使得螺杆膨脹機更適合瞬態運行，允許系統從熱輸入（包括溫度和流量）波動的熱源可靠地產生電力。此外，膨脹機系統還具有優越的縮減率，領先的系統可在 5 kW 至 125 kW 的範圍內運行。

結合雙螺桿膨脹機的 ORC 系統不僅價格更實惠、更可靠，而且更適合熱量可用性可變的低溫廢熱回收，尤其適合淨零冷卻應用。

 

廢熱的潛力
發電和工業製程等行業會以熱能的形式損失大量的應用能源，在許多情況下，損失的熱量可能超過 50%。這種損失的能量通常稱為廢熱。對於內燃機而言，廢熱會透過引擎水套系統和廢氣排出。儘管如此，仍有許多不同領域會產生不同形式的廢熱。只要能收集廢熱，並透過使用熱交換器將廢熱轉換為流體熱源，就能整合 ORC 系統，將廢熱回收為乾淨的綠色電力。

在這些製程中產生的副產品熱可以是朋友，也可以是敵人，這取決於我們如何處理這種情況。以內燃機（或發電機組）為例。從遠端發電、船舶推進、厭氧消化到垃圾填埋氣（LFG）生產和氣體壓縮，引擎在世界各地被廣泛使用。無論其用途為何，引擎都會產生大量的熱能。這些熱量是熱能的浪費，並會竊取引擎用於冷卻的寶貴電力。廢熱和寄生冷卻負荷佔發電過程中損失能量的很大一部分。

現代的 ORC 系統可以將低至 70°C 的熱源轉換為清潔的電力。這些新系統歷經多年的研發，以確保它們比過去的 ORC 系統更具成本效益、更堅固、更可靠。當談到能源效率和可持續性時，今天這項複雜但簡單的技術已經成為人們再次關注的領域。從低溫來源回收熱能的潛力為大小企業提供了機會，讓他們可以利用廢熱來達到更高的能源效率，並改善他們的底線，同時採取措施改善地球環境。

 

何謂「冷卻至供電」？
製冷發電指的是 ORC 裝置能夠作為製冷和發電的組合發電機，提供淨零製冷解決方案，在製冷負荷不處於峰值需求時，發電作為次要功能。由於 ORC 系統將廢熱當作燃料來消耗，可大幅降低製冷負荷 (70-100%)，因此製冷發電是提高能源效率的有效方法。這意味著除了產生無排放的電力外，還可減少甚至消除寄生冷卻負荷，進一步降低成本並提高效率。

當熱負載降低時，可讓冷卻發電系統優先產生乾淨電力。當冷卻負載增加時，系統會自動調整功率輸出以滿足引擎冷卻需求，維持引擎冷卻與發電機的運作狀態無關。在罕見的情況下，當需求達到峰值時，ORC 增壓器會被完全旁路，系統會優先進行滿載冷卻。這是系統唯一會消耗非自身電力的時候。

基本上，冷卻轉電源技術提供了一種高效率、自動供電的散熱器，可透過發電來收回成本。傳統的冷卻系統（散熱器/冷卻塔）消耗電力來提供冷卻，而冷卻轉電源系統消耗熱量來提供冷卻和電力。這提供了一個淨現值 (NPV) 為正值而非負值的冷卻解決方案。

 

快速數字
如果某地區的電費為 $0.10/kWh，散熱器每年工作 8,000 小時，消耗 8 kW，則每年的電費為 64 MWh，價值為 $6,400。如果將散熱器更換為冷卻發電系統，例如 ElectraTherm 的 Active Cooler，平均可產生 40 kW 的電力，同時取代之前 8 kW 的需求，則新增可用電力為 48 kW，或每年 384 MWh，價值為 $38,400。在所有變數都一致的 20 年期間，主動式冷卻器可增加 $768,000 的收入，而標準散熱器的成本則為 $128,000。

先前展示冷卻供電技術能力的案例研究顯示，效率提升幅度在 5% 之內，這個小數目對企業的底線和環境有很大的影響。

 

經濟與環境影響
提高能源效率是實現碳中和未來最簡單的一步。利用現有資源 - 熱能 - 提供電力和冷卻，可減少化石燃料的消耗和對電網的依賴。ORC 發電是一種可持續發展的技術，可減少能源消耗（燃料）和能源浪費（熱量）。能源效率在對抗氣候變遷的過程中永遠扮演著重要的角色，因為無論是哪一種製程，效率越高，對地球的影響就越小。

憑藉現代系統的可靠性和成本效益，冷卻發電等廢熱回收解決方案既有利可圖又實用。隨著全球都在關注如何轉向清潔能源，以及在《2021 年綜合撥款法案》等促進可持續發展的獎勵措施的幫助下，冷卻發電將成為能源效率和商用冷卻市場的一項顛覆性技術 - 有效改變企業看待和使用廢熱的方式。

 

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關於 ElectraTherm

BITZER Group 的 ElectraTherm 利用有機朗肯循環及專有技術將低溫熱能轉換為清潔電力，提供世界級的廢熱回收解決方案。ElectraTherm 簡單有效的解決方案可產生乾淨電力、提高效率、降低能源成本並減少廢氣排放，且無需額外消耗燃料。ElectraTherm 已向 13 個國家運送了 100 多台 ORC 裝置，運行時間超過 2,000,000 小時，是小型廢熱回收領域的全球領導者。

BITZER是全球最大的獨立製冷壓縮機製造商，擁有近3,500名全球員工，年均銷售額接近10億美元，ElectraTherm的工程技術優勢與BITZER的支持價值相結合，使ElectraTherm團隊能夠繼續開發行業領先的ORC技術，這對企業和地球都有好處。

ElectraTherm 的 電源+發電機 是一種熱轉電解決方案，可將廢熱轉換為清潔的電力和可用的熱能。該 主動冷卻器 可作為淨零冷卻發電解決方案，使用相同的 ORC 製程在發電的同時提供自供電冷卻。ElectraTherm 的這兩種解決方案均可減少排放和能源成本，同時提供基荷電力/冷卻供給。利用廢熱不僅有利可圖，而且非常實用。讓企業在實現可持續發展目標的同時，從更多的循環經濟中獲益。