蓄能型天然气分布式联供系统性能评价及设计研究

【摘要】：天然气分布式冷热电联供系统由于具有能源综合利用率高、环保性能好、安全可靠、削峰填谷、经济效益好等优点，近年来，其应用受到越来越多的关注。然而，由于冷热电联供系统靠近用户端，当建筑负荷波动时，联供系统供应也发生波动，从而出现部分负荷的工作状态，设备效率降低，不利于能源的充分利用，而蓄能有助于消除能量供需在时间与强度上的不匹配，使联供系统设备保持高效运行，从而提高综合能源利用效率。 本文主要研究内容与学术贡献如下： 总结了现有文献中冷热电联供系统组成部件模型，对于燃气轮机，结合热力学第一定律与产品样本，用拟合方法提出半经验解析模型，并将该模型用于建立联供系统解析模型。 基于理想相变蓄能构建的联供系统解析模型，对传统以热定电及以电定热模式，研究蓄能对联供系统的性能改善评价，分析得到，①提出基于蓄能型联供系统性能的建筑负荷特征参数，包括：电热比、电(热)负荷波动因子、电热负荷相位差因子；②以热定电模式下，蓄能的作用在于减小燃气轮机供应的波动性，以电定热模式下，蓄能的作用在于减小热供需不匹配；③给出夏季工况最优相变温度的确定准则，即对于不带回热的燃气轮机，其最优相变温度应取燃气轮机出口烟气温度与环境温度的几何平均值，对于带回热的燃气轮机，其最优相变温度应取吸收机发生器温度。并将结论用于评价蓄能对各类型建筑性能改善效果，发现对于写字楼与商业设施效果最明显；对于医院冬季明显，夏季不明显；对于饭店，效果最不明显。 对于理想蓄能联供系统的优化设计，分别从定工况与变工况角度出发，得到系统的优化设计原则，对于定工况最优模式为以热定电；对于变工况，最优模式为以热负荷平均值确定的以热定电模式。 然后，对于理想相变蓄能及实际相变蓄能冷热电联供系统，建立了蓄能型联供系统的数值模型，采用遗传算法与动态规划算法相结合的方法求得联供系统最优设计策略。对解析解进行验证，并对理想相变蓄能模型，得到其优化设计方法，对于实际相变蓄能，分析了蓄能器容量及蓄能器与环境散热对系统最优设计的影响。 【关键词】：分布式供能 冷热电联供系统 蓄能 相变 优化
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU996;TU8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符号对照表9-11
• 第1章 引言11-24
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 天然气分布式能源发展面临形势11-13
• 1.1.2 已有冷热电联供系统存在问题13-14
• 1.2 研究综述与现有研究局限性14-21
• 1.2.1 冷热电联供系统性能常用评价方法14-17
• 1.2.2 冷热电联供系统全工况性能评价与蓄能型联供系统优化17-20
• 1.2.3 问题提出20-21
• 1.3 课题研究内容21-24
• 1.3.1 研究内容21-22
• 1.3.2 论文框架22-24
• 第2章 冷热电联供系统描述及组成设备模型24-41
• 2.1 冷热电联供系统型式及流程24-25
• 2.2 燃气轮机模型25-35
• 2.2.1 模型类型简介25-27
• 2.2.2 现有解析模型与产品样本对比27-33
• 2.2.3 模型简化33-35
• 2.3 吸收式制冷机、热水换热器、燃气锅炉、电制冷机模型35-36
• 2.4 蓄能装置模型36-40
• 2.4.1 理想蓄能模型37-38
• 2.4.2 理想相变蓄能模型38-39
• 2.4.3 实际相变蓄能模型39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 典型模式下蓄能对冷热电联供系统性能改善机理41-69
• 3.1 联供系统典型运行模式41-42
• 3.2 蓄能型联供系统评价方法及指标42-43
• 3.2.1 热力学第一定律评价42
• 3.2.2 热力学第二定律评价42-43
• 3.2.3 设备减容评价43
• 3.3 冬季工况分析43-56
• 3.3.1 以热定电43-50
• 3.3.2 以电定热50-56
• 3.4 夏季工况分析56-62
• 3.4.1 理想蓄能模型58
• 3.4.2 理想相变蓄能模型58-62
• 3.5 验证与应用62-67
• 3.5.1 各类型建筑冬、夏季负荷特征63-65
• 3.5.2 验证65-66
• 3.5.3 应用66-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第4章 冷热电联供系统优化的解析解69-83
• 4.1 定工况冷热电联供系统优化69-76
• 4.1.1 冬季工况以热定电与以电定热模式对比69-72
• 4.1.2 冬季工况优化模式72-74
• 4.1.3 夏季工况74-76
• 4.2 蓄能型冷热电联供系统优化76-81
• 4.2.1 模型描述76-77
• 4.2.2 最优控制理论及最小值原理介绍77-79
• 4.2.3 蓄能型冷热电联供系统优化79-81
• 4.3 本章小结81-83
• 第5章 冷热电联供系统优化的数值解及应用83-98
• 5.1 冷热电联供系统优化的数值解83-88
• 5.1.1 数学模型83-84
• 5.1.2 动态规划算法介绍84-86
• 5.1.3 程序构成86
• 5.1.4 数值解法与解析解法对比验证86-88
• 5.2 数值解法应用88-97
• 5.2.1 标准负荷模型88-90
• 5.2.2 理想相变蓄能优化90-92
• 5.2.3 实际相变蓄能优化92-97
• 5.3 本章小结97-98
• 第6章 结论与展望98-100
• 6.1 结论98-99
• 6.2 展望99-100
• 参考文献100-103
• 致谢103-105
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果105

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