天然气冷热电联供系统运行方式建模及优化研究

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随着社会与经济的发展,我国面临着能源消耗总量不断增加、对外依存度逐年提高等许多能源问题。实践经验表明,要想在大力发展经济的同时进一步减少污染物排放、保证国家能源安全,就必须从改变能源消费结构、提升能源利用率这两方面着手,寻求并发展新的能源利用模式。提高天然气等清洁能源在我国能源结构中的比例有助于改善我国长期面临的能源结构不合理、污染物排放量居高不下等问题。作为天然气利用方式之一的天然气冷热电联供系统,由于具有能源利用率高、靠近用户侧线损少、环境友好等优势得到了全球各国的关注与推广。然而,由目前已投入运行的天然气冷热电联供项目实际运行效果来看,可以发现其中存在着一些问题,而当中最主要的问题是天然气冷热电联供系统的设备选型及运行策略问题。系统设备容量的选择以及运行策略的制定关系到联供系统在实际运行过程中能否真正发挥其既有优势,因此,有必要对此展开相应的研究。
  考虑到天然气冷热电联供系统有多种基础供能结构,本文选择了其中一种供能系统(即基于内燃机余热回收利用的天然气冷热电联供系统)为研究对象,提出了建立此联供系统运行方式优化模型的思路及对应的求解方法。根据所提出的建模思路,本文提出了系统中各主要供能设备的建模方法,重点提出了烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组的详细模拟方法,在此基础上,分别建立了以经济性评价指标最低、综合评价指标(同时涉及经济性评价指标、环境评价指标、能源评价指标)最低为目标的目标函数,以用户侧逐时能量供需平衡、系统各设备的运行负荷范围为约束条件的优化模型,并利用MATLAB语言编制粒子群算法对该模型进行求解,从而得到系统最优运行策略。
  为验证模型的有效性与实用性,本文以南京市某医疗建筑为算例,首先利用eQUEST软件对该建筑进行了负荷预测,在分析负荷预测数据的基础上确定了系统的供能结构,运用优化模型确定了该联供系统制冷采暖季各月典型日的最优运行策略,并以典型日优化结果为依据,计算得到系统全年运行性能。结果表明:按综合优化策略运行的天然气冷热电联供系统并不能够同时在经济、能耗、环境方面均优于分产系统;在经济优化策略及综合优化策略的指导下,大部分时段系统所提供的能量均能够刚好匹配用户侧所需能量,只有极少数情况下存在少量的能量浪费;与传统策略相比,当联供系统按经济优化策略运行时,年总运行成本可减少5.4%。上述结果有力地验证了本文所建模型的有效性、可靠性,不仅可为该类天然气冷热电联供系统的运行提供参考与指导,而且还可被采纳为后评估手段,以评估可研报告中所提出的供能方案是否科学合理。
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