收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微型燃气轮机冷热电联供系统集成与性能仿真研究

杨锦成  
【摘要】: 本文得到上海市科委“天然气输配与高效利用关键技术研究与示范”项目(023012003)的资助,完成了微型燃气轮机冷热电联供系统的设计、集成和实验研究,主要对由微型燃气轮机和吸收式制冷机组成的联供系统进行性能仿真研究,利用仿真系统进行控制系统的总体设计,并在实际冷热电联供系统上进行控制系统的实现和实验研究。 微型燃气轮机和吸收式制冷机组成的冷热电联供系统作为一种建立在能量梯级利用概念基础上的新型、清洁、高效的多联供总能系统,正受到高度重视和研究。为了实现系统良好的节能效果和控制性能,必须对系统的动态特性进行研究。已有的研究内容主要集中在对部件的动态性能研究或系统的稳态性能研究,还缺乏对联供系统整体动态性能和控制的研究。 通过对冷热电联供系统进行设计和集成,搭建了上海交通大学软件大楼冷热电联供系统,提供了以天然气为燃料的微型燃气轮机冷热电联供示范工程,能同时提供电能、空调用冷、热水及生活热水。系统的供热、供冷实验研究结果表明:其发电量57kW左右,供热量190.5kW,制冷量233.4kW,发电效率25%左右,总能利用系数0.8以上,NOX排放低于9ppm,噪声为60dB@10m,满足系统设计要求。系统总体性能良好,高效,环保,达到了预期指标。 本文的主要内容包括: 1)冷热电联供系统的方案设计和集成 根据冷热电联供示范项目要求,选择由微型燃气轮机、吸收式制冷机和低温吸附式制冷机组成冷热电联供系统,确定了系统设计工况点的性能,进行了功率匹配、管路设计和控制需求分析,进行了控制系统的设计和开发,实现了联供系统集成,并进行了性能实验。根据控制系统的设计要求,提出建立用于PID控制器设计的动态仿真模型,由此展开了对联供系统部件及系统动态性能仿真的研究。 2)各类换热器的容积惯性法建模。 针对联供系统中大量存在的各类换热器,比较了传统微分方程建模和容积惯性法建模的计算流程。根据换热器内工质的不同,采用容积惯性法,建立了单相换热器(气-气)分布参数模型、两相换热器(气-液、汽)分布参数模型和两相换热器(气-液、汽)集总参数模型,能有效避免偏微分方程的求导及迭代计算问题,提高了模型的稳定性、通用性和计算速度。对单相换热器分布参数模型进行了稳态和动态性能仿真计算,研究了模型收敛的稳定性、参数的分布性、网格划分数目对准确性的影响、仿真步长对计算精度的影响、以及容积惯性对系统动态响应过程的影响。 3)联供系统中各类部件的模块化建模。 采用模块化方法对冷热电联供系统中的各类部件进行划分,针对不同部件类型,应用容积惯性法,或采用相应的换热器模型建立其动态性能仿真模型,其中包括:压气机、燃烧室、回热器、涡轮、高压发生器、低压发生器、溶液热交换器、冷凝器、蒸发器、吸收器、分流器、引射器、阀、泵及管道等。由于系统存在多相工质,采用拟合函数建立了溴化锂溶液、水、蒸汽、空气、烟气的热物性函数,编写相应工质的热物性子程序库。 4)系统的动态性能仿真建模与计算分析 在EASY5仿真平台上,建立冷热电联供系统模块库,完成各部件间的参数连接,设定参数及仿真步长等,搭建冷热电联供动态性能仿真系统;进行设计工况点稳态计算,对该计算结果与设计参数进行比较,验证了系统的稳定性和准确性;进行系统动态特性仿真计算,分析了三种因素(微燃机请求功率、冷却水流量、冷水流量)对系统性能的影响。结果表明:设计工况点时,系统主要参数的仿真计算结果与实验数据的相对误差在5%以内,系统发电功率57.2kW,发电效率为25.6%,制冷量为229.738kW,系统总能利用率为0.809,满足设计要求。联供系统性能(总能输出量和总能利用系数)受微燃机请求功率和冷水流量影响较大,受冷却水流量影响较小。联供系统工作流程中,上游微燃机工况对下游制冷机的影响很大,下游制冷机工况对上游微燃机工况影响几乎为零;微燃机过渡过程时间很短(100s),制冷机过渡过程时间较长(2000s~2500s)。 5)控制系统的设计与实现。 在EASY5仿真平台上,针对冷热电联供动态性能仿真系统,进行PID控制器设计,达到控制冷水出口温度的目的。参照PID控制器设计参数,使用可编程逻辑控制器、工控机及组态软件,建立两层集中自动控制系统,完成实际冷热电联供系统启/停过程和负荷调节的自动控制。自动控制系统的实验表明,冷热电联供系统能够方便的启停,并具有安全保护、实时监控和数据记录功能;针对用户负荷的变化,能够很好的控制冷水出口温度,过渡过程较短,系统运行稳定。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李芳芹,魏敦崧;天然气冷热电联供的热经济性分析[J];煤气与热力;2002年06期
2 孙志高;天然气在空调供热中的应用分析[J];制冷与空调;2004年05期
3 翁史烈;翁一武;苏明;;燃气轮机分布式供能系统的特点和应用[J];航空发动机;2006年01期
4 孔祥强,王如竹,吴静怡,黄兴华;微型冷热电联供系统集成与实验研究[J];工程热物理学报;2005年S1期
5 盛凯夫,饶如鳞;燃气机驱动冷热电联供系统的发展前景[J];煤气与热力;2002年06期
6 李永兵;岳建华;沈炳耘;;冷热电分布式供能系统的应用和发展[J];燃气轮机技术;2008年03期
7 洪元柏;冷热电联产模式及制冷机的选择[J];广东土木与建筑;2005年08期
8 陈霖新;分布式能源供应系统的优良方式——燃气冷热电联供[J];发电设备;2005年06期
9 张云飞;;杭州市推广天然气热电冷联供系统的可行性[J];煤气与热力;2007年02期
10 韩吉田;康兴娜;于泽庭;;分布式冷热电联供总能系统的发展[J];山东电力技术;2008年06期
11 王瑜琦;张兴梅;赵玺灵;;燃料电池商业化对城市天然气供应模式的影响[J];城市燃气;2009年02期
12 张传升;周苏;陈凤祥;;燃料电池分布式供能技术研究及应用[J];暖通空调;2009年08期
13 黄锦涛,丰镇平,袁劲松;分布式冷热电联供系统经济性分析[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2005年01期
14 郑剑;刘克;申金平;;分布式供电系统对电网的影响[J];东北电力技术;2006年04期
15 魏兵;王志伟;李莉;蒋露;;微型燃气轮机与冷热电联供系统[J];山西能源与节能;2006年04期
16 谭明华;;基于LNG资源的深圳电能供应模式多元化[J];特区经济;2007年05期
17 池里杰;翁一武;;微型燃气轮机分布式供能系统的控制[J];华东电力;2007年11期
18 赵明;;基于城市热电厂分布式能源改造模型探讨[J];科技信息;2009年22期
19 冯继蓓;高峻;杨杰;刘素亭;;楼宇式天然气冷热电联供技术在北京的应用[J];煤气与热力;2009年03期
20 柯宗文;吕宁;;上海交大软件学院大楼分布式供能科研示范工程设计分析[J];上海节能;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孟华;龙惟定;;燃料电池在建筑冷热电联供中的工程应用[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C];2008年
2 韩吉田;于泽庭;;基于固体氧化物燃料电池的分布式冷热电联供总能系统[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会资料集[C];2008年
3 韩吉田;于泽庭;;基于固体氧化物燃料电池的分布式冷热电联供总能系统[A];2007年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2007年
4 韩吉田;于泽庭;;基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
5 韩吉田;于泽庭;;基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年
6 孔祥强;李瑛;王如竹;;天然气驱动冷热电联供系统节能性研究[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C];2008年
7 孔祥强;李瑛;王如竹;;天然气驱动微型冷热电联供系统节能性研究[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年
8 孔祥强;李瑛;杨前明;王如竹;;基于吸附制冷的微型冷热电联供系统实验研究[A];2006年山东省制冷空调学术年会“格力杯”优秀论文集[C];2006年
9 孔祥强;李瑛;杨前明;王如竹;;基于吸附制冷的微型冷热电联供系统实验研究[A];山东制冷学会2008年优秀论文选集[C];2008年
10 孔祥强;李瑛;王如竹;;天然气驱动微型冷热电联供系统节能性研究[A];山东制冷空调——2009年山东省制冷空调学术年会“烟台冰轮杯”优秀论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 陈强;分布式冷热电联供系统全工况特性与主动调控机理及方法[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2014年
2 汪海贵;采用天然气的小型斯特林冷热电三联供关键技术研究和应用分析[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 皇甫艺;燃气内燃机微型冷热电联供系统集成式热管理器的研究[D];上海交通大学;2007年
4 杨锦成;微型燃气轮机冷热电联供系统集成与性能仿真研究[D];上海交通大学;2009年
5 马力;CCHP及其所构成微网的运行特性研究[D];天津大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭树勇;冷热电联供型微电网优化配置与运行研究[D];西南交通大学;2014年
2 马景超;冷热电联供型微网经济调度研究[D];青岛大学;2014年
3 张晓杨;环境交易机制下多能源互补的冷热电联供系统优化调度[D];长沙理工大学;2013年
4 富海;可移动式微型冷热电联产系统实验研究与分析[D];上海交通大学;2008年
5 马原良;东华大学4号学院楼燃气空调系统节能改造可行性研究及优化设计研究[D];东华大学;2008年
6 于泽庭;高温燃料电池冷热电联供总能系统的分析[D];山东大学;2006年
7 刘长军;楼宇热电冷联供系统的节能分析与应用研究[D];西南交通大学;2006年
8 陶德安;基于燃料电池—微燃机分布式能量系统的热力性能研究[D];华北电力大学(北京);2008年
9 董菁雯;创新型项目立项和决策的框架研究[D];上海交通大学;2008年
10 王庆华;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[D];华北电力大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 沈勇;人人皆知空调应开到26度[N];深圳特区报;2006年
2 刘育新;再次创业 铸造辉煌[N];中国电力报;2007年
3 本报记者 郑恺;“四位一体”协调发展[N];深圳商报;2008年
4 李晓莉;锁定重要能源领域[N];中国矿业报;2007年
5 杨勇;吸引4亿社会资金投入节能[N];深圳特区报;2005年
6 董雅俊 彭勇;LNG冷能利用方兴未艾[N];中国化工报;2008年
7 记者 李文生;我市节能产品为何“墙里开花墙外香”[N];深圳特区报;2006年
8 本报记者 张世民;远大推出“冷热电联产系统技术”[N];中国房地产报;2003年
9 朱成章;热电联产 电力节能的必由之路[N];中国电力报;2007年
10 杨之汀;宁夏开展“零售业节能行动”[N];华兴时报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978