基于煤层气的分布式能源系统静态特性仿真研究

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21世纪被认为是煤层气大发展的时代,与天然气的开发不同,煤层气的开发可以从根本上防止瓦斯事故的发生、增强煤矿生产的安全性、增加洁净能源,弥补了天然气供给不足的缺陷,成为最可靠的天然气的替代能源。但是,煤层气与天然气均属于不可再生资源,因此,做到对煤层气的充分利用,变得尤为重要。近些年来分布式能源系统以其具有:高供电效率、高经济效益、更节能环保、占地少等优势,受到了社会各界的广泛关注。并且作为一种梯级能量利用系统,可以使能源利用率提高75%~85%以上,具有广阔的应用前景,有望取代集中式能源系统成为能源工业发展的主力。基于此,本论文以基于煤层气的分布式能源系统的建立为研究目标,通过对能源系统相关静态特性的模拟分析,为该分布式能源系统的动态运行控制提供了可靠的理论与技术数据。其研究内容主要包括:(1)我们以燃气内燃机为动力核心,设计了集:双压余热锅炉、汽轮机、单效溴化锂吸收式热泵等设备为整体的基于煤层气的分布式能源系统,其额定发电量、制热量、制冷量依次为:800 k W,300 k W,129 k W。(2)基于模块化建模的方法,对系统的各个设备的布局分别进行区域划分与建模。首先,先对内燃机建模,于此同时引入燃烧与排放模型。另外,又因为系统的相关性能容易受到煤层气组分浓度变化的影响,所以,我们分别建立了单相介质换热的余热锅炉模型和蒸发系统的余热锅炉模型,依据换热器结构来确定烟气侧与工质侧对流传热系数。之后,采用静态特性加入动态一阶环节的方法对汽轮机进行建模。最后,通过集总参数法对蒸汽型单效溴化锂吸收式热泵进行建模。(3)最后,通过Simulink/Matlab平台,对整个系统的模型进行了静态仿真测试,并将仿真稳态性能数据与设计值进行比较,探究模型的正确性、合理性与可行性。结果表明本项工作中建立的分布式能源系统的静态仿真模型具有较高的仿真精度,有利于实时仿真的监测。为其控制系统设计奠定基础。
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