冷热电联供系统的特性建模与运行分析

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冷热电联供系统是与公共电网以及天然气等燃料供给管道相连接,用以产生并输送给一定区域内用户电能、冷能和热能的能源服务系统。基于燃气-蒸汽联合循环的冷热电联供系统由于其能够采用燃气和蒸汽联合循环发电,综合发电效率较高,目前已经得到了广泛应用。但冷热电联供系统在实际运行过程中,由于用户侧负荷的波动以及运行人员缺乏系统的运行策略支持,冷热电联供系统通常在较差的运行工况下运行,此时冷热电联供系统的节能潜力得不到充分挖掘。本文在冷热电联供系统设备已定的前提下,以设备特性建模为基础,考虑多种指标,分析在不同负荷工况下,不同运行方式以及不同影响因素对系统运行策略的影响,并确定其优化运行策略。本文主要研究内容及创新点如下:(1)本文选取北京通州运河商务区办公建筑群的负荷作为用能侧对象,其主要用能品种包括冷负荷、热负荷和电负荷;通过Dest建筑仿真软件得到主要用能单位的分类用能及其逐时分布,并叠加获得总的用能曲线。从全年、月份、典型日多个角度对办公建筑群的负荷特性进行分析,确定了全年的冷热负荷占比,峰值以及相应的变化趋势。(2)本文针对给定的冷热电联供系统中燃气蒸汽联合循环系统配置以及分供系统中燃气锅炉等设备,结合设计数据和运行数据,通过机理建模与数据驱动相结合的方法,建立了冷热电联供系统及分供系统设备特性模型。本文提出了一种基于压气机通用特性曲线的特性建模方法,该方法通过误差函数修正,改善了所建模型的适用性。(3)针对燃气-蒸汽联合循环的冷热电联供系统的产能区间较大,运行方式较为复杂的特点,本文在考虑燃机并列运行及蒸汽轮机补汽阀开关的前提下,提出了一次能源节约率(Primary Energy Saving,PES)最优的运行方式和运行成本节约率(Operating Costing Saving,OCS)最优的运行方式。本文从不同时间尺度角度,分析了冷热电联供系统在传统运行方式以及本文所提最优运行方式下的可控参数变化,供需平衡以及指标的变化,验证了本文所提两种运行方式相对于传统运行方式在节能,经济方面的优势。(4)冷热电联供系统在实际运行过程中,运行方式以及指标常常受到多种因素的影响,本文从负荷波动,天然气价格、网电价格以及电制冷比的角度对冷热电联供系统进行了敏感性分析。通过分析得到了冷热电联供系统在不同参数变化下,联供系统不同时间段内不同优化运行策略的变化趋势以及指标的变化情况,并提出了不同外部条件变化下的优化运行策略,最终确定了联供系统在PES最优和OCS最优运行下的最优电制冷比为0.5,OCS最优运行方式下临界天然气价格和网电价格分别为4.4521元/m3和0.4502元/k Wh,PES最优运行方式下临界天然气价格和网电价格分别为4.2813元/m3和0.4515元/kWh。
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