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《广东工业大学》 2016年
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冷热电三联供系统的方案设计及多准则对比评价

赵冲  
【摘要】:本文以更高的能量利用效率、更大的经济收益和更低的环境排放为出发点,以冷热电三联供系统为研究对象,以系统整体全局为审视角度,建立系统的物理模型,给出系统的多准则评价指标,分析系统的性能从而进行对比优化。第一,针对冷热电三联供系统的设备组成及工作流程,介绍了系统的工作原理和各个设备的工作原理,给出了设备的能量平衡、质量平衡模型和工作介质的物性方程,以及电化学反应的平衡方程,介绍了热力学模拟软件Cycle-Tempo,以及运用该软件建模的方法。第二,对冷热电三联供系统中供热和供冷方案进行了模拟对比及分析。首先,指出了当前热电联产和冷电联产系统中由于低温余热的利用率低和长距离输送困难的问题,针对该问题,提出了相应的解决思路和策略,给出了供热和供冷系统的热力学评价指标和经济性评价指标,并建立了对应的评价模型。然后,在现有电厂的基础上,针对当前存在的各种供热配置方式,提出了四种天然气热电联产集中供热方案并进行对比分析。采用Cycle-Tempo软件建立了这四种热电联产的系统热力学模型,对联产系统进行热力学模拟,分析对比每个系统的热力学和经济性,并讨论了天然气价格、电价格、供热负荷和供热距离的变化对系统经济性的影响。最后,通过Cycle-Tempo软件建立了电厂集中供冷系统的热力学模型,先在固定电价条件下,将电厂集中供冷方案与传统的电压缩制冷方式进行了对比,并分析了供冷距离对系统的成本的影响;然后考虑峰谷电价政策,将集中供冷、电压缩供冷和冰蓄冷三者结合起来,建立了8个供冷方案,并分析了在不同距离条件下各个方案的经济性。第三,以进一步提高冷热电三联供系统的能量利用率为目标,将燃料电池应用到三联供系统中并进行对比分析。首先,通过Cycle-Tempo软件建立了固体氧化物燃料电池发电系统的模型,并分析了燃料电池压力、温度以及电流密度对系统性能的影响。然后,将燃料电池与燃气-蒸汽联合循环发电系统结合起来,针对燃料电池与燃气轮机的三种耦合方式,分别建立了三个耦合系统,将其以发电效率为指标进行对比以选出最优发电系统方案,并分析了最优发电系统的电池参数对混合系统的发电量以及效率的影响。最后,建立了最优发电系统的三联供系统的模型和常规的燃气-蒸汽联合循环三联供系统模型,以热力学效率和年度化成本为目标,将其进行对比并分析。第四,对多种三联供系统方案进行优化设计和多准则对比分析。根据不同的能源种类和不同的能量转换方式以及不同的供热和供冷的配置方式,给出了冷热电三联供系统的方案设计方法和发电设备容量的确定方法。分别针对常规天然气燃气-蒸汽联合循环三联供系统、燃料电池-燃气-蒸汽混合发电循环三联供系统以及生物质气化-燃气-蒸汽联合循环三联供系统提出了20个冷热电三联供的系统方案,通过Cycle-Tempo软件建立了每个方案的热力学模型。然后以一次能源消耗量、年度化成本和生命周期环境影响为指标,对20个三联供系统进行了评价分析。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU83;TM61

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