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综合能源系统能量转换与配置研究

赵娜  
【摘要】:随着经济发展,社会面临着能源紧缺和环境污染的压力,打破传统的各种能源系统单独规划的供能模式,提高电能、热能等多种能源之间的耦合程度,增强能源综合利用效率,实现能源与环境的可持续发展尤为迫切。基于智能电网理念发展起来的综合能源系统近年来得到了广泛关注。综合能源系统可将多种不同形式的能量进行耦合并对其进行协同规划,提高系统的能量综合利用效率;通过系统中多种能量互补并配合储能装置,可弥补可再生能源带来的能量波动问题,促进可再生能源的开发利用。此外,由于各种形式能量需求可由多条路径进行供应,且相互之间可进行转换,综合能源系统可提高能量供应的可靠性。发挥综合能源系统的优势,需要对其中的设备选取、能量调度等问题进行深入研究,以减少设备冗余带来的不必要成本,避免因能量流分配不合理造成能量利用率低下,并提高供能可靠性。因此,研究多种能量的转换与配置对综合能源系统的建设发展具有重要意义。论文主要开展了以下几个方面的工作:首先,梳理了综合能源系统的概念及结构,总结了综合能源系统的发展现状以及综合能源系统中能量转换与配置问题的研究现状。其次,阐述了能量转换设备建模在综合能源系统规划中的必要性,并对常用的能量转换设备的能量转换关系进行了总结;分析了常见能量转换设备(如燃气轮机、内燃机、吸收式制冷机、余热锅炉等)的运行特性并进行了仿真建模;对综合能源系统的能量供需关系进行了理论推导,对系统中能源转换设备进行分级,建立了能量耦合模型,使系统中能量流动方向及设备之间的关联更加明晰。再次,给出了包括设备装机成本、运维成本、等值年成本等在内的经济性指标以及包括能源利用效率在内的节能性指标,构建了系统综合评价体系。根据系统需求情况、能源特点以及设备自身特性提出了能量转换与配置的原则,并分析了各项原则之间的关系。最后,将本文所提出的能量耦合模型应用于我国北部某园区,进行了综合能源系统建模,分别以经济性和能源利用效率为目标,以本文提出的优化规划原则为约束条件,采用粒子群算法进行求解,得到了系统中设备的规划以及日能量调度情况,算例验证了模型和方法的有效性。


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