基于Simulink的建筑分布式多能耦合系统建模及运行策略研究

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与传统分供能源系统相比,建筑分布式多能耦合系统可实现能源梯级利用,提高建筑能源利用效率,降低环境影响,是未来建筑供能的重要组成部分。目前,国内外对建筑分布式多能耦合系统建模的研究多为针对某一运行策略不同系统之间的对比,缺乏对某一能源系统不同运行策略之间的对比,对运行策略的优化主要采用多目标优化方法,其中各设备模型多为简化模型,缺乏变工况及环境条件对设备影响的考虑。本文在Simulink平台上搭建了光伏、地源热泵、冷热电联供、蓄热水箱等模块的物理模型,按照以热定电、以电定热、以电定热(蓄热)三种运行策略进行模块耦合,以武汉市某典型建筑为对象进行分析,并进一步利用生命周期评价方法对三种运行策略下建筑分布式多能耦合系统能效、经济、环保三方面进行核算和综合评估,最后比较得出最优的运行策略。主要结论如下:(1)以热定电、以电定热运行策略分别会造成大量发电量、制冷(热)量剩余,以电定热(蓄热)运行策略系统冷热输出与建筑负荷契合度大大提高;以电定热(蓄热)运行策略十年后地埋管换热器钻孔壁温升幅最小,仅为1.45℃;(2)设备中燃气轮机和地源热泵对系统生命周期温室气体排放贡献较大,运行策略中以电定热(蓄热)运行策略生命周期温室气体排放量最小,敏感性分析结果显示,降低系统能量消耗和增设碳捕集设备是系统有效实现温室气体减排的关键;(3)以热定电、以电定热和以电定热(蓄热)运行策略运行年限的非可再生一次能源利用率分别为51.49%、86.78%、125.69%,系统动态年值分别为1.05×10~6CNY、7.23×10~5CNY、5.94×10~5CNY,以电定热(蓄热)运行策略的平准化能源成本最低,为2.12 CNY/k Wh;综合评价结果表明,以电定热(蓄热)运行策略综合性能最好。本论文研究可为建筑分布式多能耦合系统的构建提供参考价值,对其运行策略的能源、经济、环境多角度综合优化具有明显的指导意义。
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