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东北农村地区冷热电联供系统设计与优化

傅仁川  
【摘要】:冷热电联供系统具有供能多样、调度灵活及能源利用率高等特点是当前清洁产能及分布式供能的主要发展趋势。本文针对实地调研过程中发现的东北农村地区能源利用效率低、当地村舍储能性能差的问题,设计了一种将冷热电联供与利用相变材料保温建筑物结合的系统。该系统能够充分利用当地的清洁能源同时为村民提供电能、热能以及冷能,有效解决当地用能不合理的问题,减缓建筑物内能量散失、减少因为建筑物保温性能差导致的能源浪费,使室内温度尽可能保持在人体体感适宜温度范围内,让村民房舍的舒适程度得以改善。具体如下:(1)本文建立了系统中各产能、储能设备和建筑物热力散失的数学模型,介绍了系统与大电网联系的三种运行方式和相变储能材料的储能原理,分析了系统在运行过程中使用过程中的各项成本,建立使用成本数学模型。根据实际算例村中用能供需平衡等要求设计约束条件,以经济最优为目标,利用粒子群算法优化求解确立了系统运行模式及系统各设备的容量,分析产生沼气的成本、购买天然气和电能的成本对系统使用成本和系统设备容量配置的影响。(2)利用石蜡与石膏混合封筑的相变储能材料替代红砖,同时在室内加装实时温度监测装置监控室内温度,并反馈于联供系统调节设备出力,以改变东北地区利用红砖建造土炕和墙壁储热能力差,舒适程度低的问题。以调研得到的三个典型季的风能和太阳能发电量为参数,配合三季用能需求量,以用能需求平衡为限制条件,考虑售电收益,将经济性、环保性和节能性最优作为系统优化调度目标,利用加权线性和法将三个目标赋予不同权重比,经济性权重系数最大,环保性权重系数最小,将多目标变为单一目标函数,利用遗传算法算法进行优化求解,得到三个典型季最符合目标的系统设备出力做工运行调度曲线,并对设备做工曲线进行解释分析。(3)选择实际算例村中连接最长线路的台区,将其杆塔走线图变为电路图,计算比较系统加入前后村中线路电压降和线路损耗。并结合调研数据分析系统投入前后村民在冬季采暖和夏季避暑上的经济投入,可再生能源利用率和对资源浪费方面的改善,总结系统在经济、节能和环保方面的收益。算例比较结果表明,将冷热电联供与利用相变材料保温建筑物结合的系统更充分灵活地利用清洁能源、减少一次能源的使用和电能在传输过程中的损失,使供电可靠性和电能质量得到提高。相变储能材料能有效提高建筑物储能能力,改善建筑物调温性能,减少因为热量损失造成的能源浪费,减缓建筑物内室温变化速度,提高村民居住体感温度适宜度,给在东北农村地区使用将冷热电联供与利用相变材料保温建筑物结合的系统提供了可行的范例。


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