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南方地区分布式供能系统优化配置与综合评价研究

作　者: 杨允
导　师: 张士杰
学　校: 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
专　业: 动力工程
关键词: 分布式联供系统 优化配置 优化运行 不确定性评价 蓄能装置
分类号: TU8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


我国南方地区能源消费巨大、环境形势严峻,分布式供能技术对南方地区合理用能、节能减排具有重要价值。本文以系统优化配置模型为基础,针对南方地区五种典型建筑物,开展了基于小燃机、微燃机和内燃机的分布式热电冷联供系统的优化配置与综合评价研究。论文主要工作如下：(1)建立了燃气轮机、燃气内燃机、吸收式制冷机、余热／燃气锅炉、电压缩式制冷机和蓄能装置等分布式供能系统主要设备的热力、经济、排放数学模型,给出了经济、能源利用率、环境影响和调峰性能等系统综合评价指标。在所建的热力模型中,各主要设备考虑了部分负荷率的影响及最大、最小出力的限制,燃气轮机还考虑环境温度的影响,为对分布式供能系统进行准确分析和评价奠定了基础。(2)基于超结构建模方法,构建了一种可实现系统结构、离散设备台数和容量、运行规律同步优化的分布式联供系统优化配置模型。通过将非线性约束条件等价线性化处理,有效解决了规模庞大的混合整数非线性规划问题的求解难题。此优化配置模型为分布式供能系统的选型优化和综合评价提供了一个有效手段。(3)在南方地区气候特点及能源价格体系下,针对办公楼、商场、居民住宅、酒店和医院五种典型建筑物,进行了基于小燃机、微燃机和内燃机的分布式供能系统优化配置与综合评价研究。结果表明,除居民住宅外,其它四种建筑物均适合应用分布式供能技术,其中酒店和医院最为适宜。对于三种主机,内燃机系统的经济性要优于燃气轮机系统；两种燃气轮机系统各有特点,其中小燃机合适的功率范围在4～5MW。(4)运用单因素敏感性分析方法,分别考察了能源价格、多余电力上网政策以及主机价格对系统优化配置及其性能的影响。运用蒙特卡罗模拟方法,综合研究了多种不确定性因素的影响。结果表明,影响系统经济性的最重要因素为天然气价和电负荷,南方地区天然气价格较高,会阻碍分布式供能系统的发展；多余电力上网政策会对系统性能产生一定的影响,但并非关键影响因素；主机价格的降低可有效缩短回收期。本文形成的数据、结果和结论可为分布式供能技术在南方地区的应用和发展提供一定的参考。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 课题的背景及意义  11-17
    1.1.1 分布式热电冷联供系统及国内外发展概述  11-14
    1.1.2 分布式供能技术对南方地区的意义  14-16
    1.1.3 我国分布式供能及其在南方地区应用中存在的问题  16-17
  1.2 国内外相关研究现状  17-20
    1.2.1 分布式供能系统优化配置方法研究  17-18
    1.2.2 分布式供能系统不确定性研究  18-19
    1.2.3 分布式供能系统应用研究  19-20
  1.3 本文的主要工作和内容  20-23
第二章 分布式供能系统关键部件数学模型  23-31
  2.1 分布式供能系统关键设备热力模型  23-27
    2.1.1 燃气轮机  23-24
    2.1.2 燃气内燃机  24-25
    2.1.3 吸收式制冷机  25
    2.1.4 余热锅炉和燃气锅炉  25-26
    2.1.5 电动压缩式制冷机  26
    2.1.6 蓄能装置  26-27
  2.2 分布式供能系统关键设备经济模型  27-28
    2.2.1 关键设备初投资成本  27-28
    2.2.2 关键设备维护成本  28
  2.3 分布式供能系统排放特性模型  28-31
    2.3.1 NO_x排放量的计算  29
    2.3.2 CO_2排放量的计算  29-31
第三章 分布式供能系统优化配置方法及系统评价指标  31-37
  3.1 分布式供能系统优化配置方法  31-35
    3.1.1 优化配置模型  32-34
    3.1.2 求解方法  34-35
  3.2 分布式供能系统评价指标  35-37
    3.2.1 年总费用  35
    3.2.2 增量投资回收期  35
    3.2.3 一次能源利用率  35-36
    3.2.4 年NO_x减排率  36
    3.2.5 年CO_2减排率  36
    3.2.6 调峰性能指标  36-37
第四章 南方地区分布式供能系统优化配置和综合评价研究  37-79
  4.1 分布式供能系统应用条件分析  37-41
    4.1.1 典型建筑物选取及其负荷  37-40
    4.1.2 气候参数  40
    4.1.3 能源价格体系  40-41
  4.2 分布式供能系统配置方案  41-47
    4.2.1 燃气轮机联供系统方案  41-44
    4.2.2 燃气内燃机联供系统方案  44-47
  4.3 分布式供能系统优化配置研究  47-59
    4.3.1 设备及参数选取  47-52
    4.3.2 优化配置结果  52
    4.3.3 优化配置分析  52-59
  4.4 联供优化配置方案与分供方案的综合比较  59-68
    4.4.1 经济性分析  59-61
    4.4.2 能耗特性分析  61-62
    4.4.3 环保特性分析  62-63
    4.4.4 调峰特性分析  63-68
  4.5 分时电价的影响  68-73
  4.6 蓄能装置的影响  73-79
第五章 分布式供能系统不确定性研究  79-107
  5.1 单因素敏感性分析  79-96
    5.1.1 天然气价  79-83
    5.1.2 购电电价  83-88
    5.1.3 上网电价  88-92
    5.1.4 主机价格  92-96
  5.2 蒙特卡罗多因素敏感性分析  96-107
    5.2.1 蒙特卡罗模拟  96-98
    5.2.2 计算结果及分析  98-107
第六章 结论与展望  107-111
  6.1 结论  107-109
  6.2 展望  109-111
参考文献  111-117
硕士研究生期间发表的学术论文  117-118
硕士研究生期间参加的科研项目  118-119
致谢  119

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