基于综合性能指标的天然气冷热电联供系统优化运行与配置

【摘要】：目前,在我国大中型城市中,主要的能源供应形式是电能和天然气。除用于居民日常生活外,天然气被广泛地用于大型公用事业和服务行业。随着“西气东输”工程的逐步推进,天然气作为一种稳定的、相对清洁的能源形式将在一段时期内,在优化城市能源结构、发展高效低碳经济中发挥不可替代的作用。在城市天然气能源的利用方式中,冷热电联供系统(Combined Cooling Heating and Power,简称CCHP)以其多样的能源供应形式、清洁高效的能源转换过程在世界范围内受到了广泛的重视。 本文针对冷热电联供系统的结构特点和运行需求,综合考虑能源消耗、污染物排放、运行成本等因素,重点从运行模式优化和最优结构配置两个方面研究冷热电联供系统的综合优化问题；通过系统、深入地研究,给出具有先进性和实用性的优化策略及实施步骤。本文的主要研究工作体现在： (1)从经济性、环保性和能源可持续利用性三方面综合考虑,建立基于该三方面的综合性能评价指标； (2)基于综合性能评价指标建立最优运行策略,使天然气冷热电联供系统始终处于最优运行模式下；利用模拟得到的参考建筑物数据进行算例分析,分析电价、天然气价格等因素对运行结果的影响,进而验证该最优运行策略的有效性； (3)针对具有储热罐、电制冷机和吸收式制冷机的复合型冷热电联供系统,利用遗传算法,以全年负荷条件下系统均处于最优运行模式为基础,以全年内一次能源消耗量、二氧化碳排放量和年度化费用最低为目标,研究系统的优化配置问题；利用参考建筑物进行算例分析,得出该算例的最优配置,并对储热罐、电价等因素对配置结果的影响进行分析。 【关键词】：冷热电联供 综合性能评价指标 优化运行 优化配置
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM611
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 符号表10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.1.1 我国的能源现状12-13
• 1.1.2 城市能源利用现状13
• 1.2 天然气冷热电联供系统13-18
• 1.2.1 天然气冷热电联供系统概述13-14
• 1.2.2 工程应用概况14-16
• 1.2.2.1 国外发展概况14-15
• 1.2.2.2 国内发展概况15-16
• 1.2.3 学术研究概况及分析16-18
• 1.2.3.1 冷热电联供系统模型研究16-17
• 1.2.3.2 冷热电联供系统性能评价准则研究17
• 1.2.3.3 冷热电联供系统运行优化与调度策略研究17-18
• 1.2.3.4 冷热电联供系统优化配置研究18
• 1.3 论文的研究目标及主要研究内容18-20
• 1.3.1 研究目标18-19
• 1.3.2 主要研究内容19-20
• 第2章 天然气冷热电联供系统的典型模式及关键部件20-30
• 2.1 天然气冷热电联供系统构成20-22
• 2.2 天然气冷热电联供系统的几种典型应用模式22-25
• 2.2.1 燃气轮机+蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组22
• 2.2.2 内燃机+余热型溴化锂吸收式制冷机组22-23
• 2.2.3 燃气-蒸汽联合循环+蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组23-24
• 2.2.4 燃料电池+余热型溴化锂吸收式制冷机组24-25
• 2.3 天然气冷热电联供系统关键部件及其工作原理25-28
• 2.3.1 燃气轮机25-26
• 2.3.2 吸收式制冷机26-27
• 2.3.3 余热锅炉27-28
• 2.4 典型天然气冷热电联供系统的能量流及平衡关系28-29
• 2.5 小结29-30
• 第3章 天然气冷热电联供系统的性能评价指标30-38
• 3.1 热力学性能评价指标30-34
• 3.1.1 基于热力学第一定律的热力性能评价指标30-32
• 3.1.1.1 冷热电联供系统一次能源利用率30-31
• 3.1.1.2 冷热电分供系统一次能源利用率31
• 3.1.1.3 一次能耗节约率31-32
• 3.1.2 基于热力学第二定律的热力性能评价指标32-34
• 3.1.2.1 原动装置32-33
• 3.1.2.2 供热装置33-34
• 3.1.2.3 制冷循环装置34
• 3.1.2.4 耗功装置34
• 3.2 经济性能评价指标34-36
• 3.2.1 投资回收期34-35
• 3.2.2 年度化费用35-36
• 3.3 环境性能评价指标36
• 3.4 天然气冷热电联供综合性能评价指标36-37
• 3.5 小结37-38
• 第4章 天然气冷热电联供系统的优化运行策略研究38-56
• 4.1 天然气冷热电联供系统的典型运行模式38-41
• 4.1.1 以热定电(FTL)38-39
• 4.1.2 以电定热(FEL)39-40
• 4.1.3 典型冷热电分供系统40-41
• 4.2 天然气冷热电联供系统优化运行策略及分析41-45
• 4.2.1 基于综合性能评价指标IPC的优化运行策略41-42
• 4.2.2 优化运行策略分析及讨论42-45
• 4.2.2.1 第一种情况：E_(req)≥KQ_(req)42-44
• 4.2.2.2 第二种情况：E_(req)44
• 4.2.2.3 运行模式及临界面的划分44-45
• 4.3 建筑物负荷模拟45-49
• 4.3.1 建筑能耗分析软件EnergyPlus介绍45-47
• 4.3.2 建筑物基本信息及相关参数设置47-48
• 4.3.2.1 建筑物基本信息47
• 4.3.2.2 模拟相关参数设置47-48
• 4.3.3 EnergyPlus模拟仿真结果48-49
• 4.4 算例分析49-55
• 4.5 小结55-56
• 第5章 天然气冷热电联供系统的优化配置研究56-67
• 5.1 加入储热罐和电制冷机的天然气冷热电联供系统56-59
• 5.1.1 复合型冷热电联供系统的“以热定电”运行模式56-58
• 5.1.2 复合型冷热电联供系统的“以电定热”运行模式58-59
• 5.2 复合型冷热电联供系统优化运行与优化配置59-61
• 5.2.1 优化运行59-60
• 5.2.2 优化配置60-61
• 5.3 算例分析61-66
• 5.4 小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 研究总结67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况73

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