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天然气冷热电联供能源系统运行机制优化分析

作　者: 周秋慧
导　师: 周渝慧
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 天然气CCHP 运行机制 多目标优化 粒子群算法
分类号: TM611
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 69次
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内容摘要


天然气冷热电联供系统(Combined Cold Heat and Power, CCHP)是与大电网和天然气管网相连接的,向一定区域内的用户同时提供电能、冷能和热能的能源服务系统。电力装机容量在100MW级的天然气CCHP运行方式为“冷热电联供+调峰电厂”,容量较小的天然气CCHP则可常年稳定运行。天然气CCHP的优势在于冷热电三种能量形式的梯级利用,但是,用户侧冷热电负荷需求的不确定性使得大多数天然气CCHP运行于变工况状态。在较差的运行工况和负荷条件下,天然气CCHP不但不能节能,反而更加耗能,这将无法凸显和发挥天然气CCHP的高能效特性。因此,从能源综合的角度研究天然气CCHP的发电优化和制冷制热优化就显得尤为重要。首先,分析了天然气CCHP运行机制优化的必要性。总结了我国天然气发电现状,从范围经济学的角度探讨了发展天然气CCHP及其运行机制优化的意义。其次,研究了天然气CCHP对电能、冷能和热能的生产和优化过程。研究了天然气CCHP的动力子系统,供热子系统,供冷子系统和优化控制子系统等模块的工作原理,具体分析了广州大学城分布式能源站的生产工艺。再者,分析了天然气CCHP接入电力系统的影响。研究了天然气CCHP“并网不上网”和“并网且上网”的两种并网方式以及“冷热电联供”和“冷热电联供+调峰电厂”的两种运行方式。然后,建立了天然气CCHP运行机制优化模型。研究了系统的运行机理以及冷/热负荷跟踪和电负荷跟踪运行方式下系统的能量平衡关系。在传统运行机制优化模型的基础上,考虑在目标函数中增加开停机费用和环境成本,在约束条件中增加开停机次数约束和污染物排放量约束,构造了以年总费用最小和年环境成本最小为目标函数,以电量需求、冷量需求、热量需求、设备运行负荷、开停机次数和污染物排放为约束条件的天然气CCHP运行机制优化模型。最后,选取某天然气CCHP算例验证模型的可行性和优越性。运用MATLAB软件编程实现基于自然选择的PSO算法功能,在夏季典型日、冬季典型日和过渡季典型日以及全年运行优化情景下,对某天然气CCHP运行机制优化模型进行求解,并与传统运行机制优化模型进行对比,验证了本文模型的优越性。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
縮略词  9-12
1 绪论  12-22
  1.1 选题背景  12-16
    1.1.1 我国天然气发电现状  12-13
    1.1.2 天然气CCHP的发展机遇  13-14
    1.1.3 天然气CCHP的范围经济性  14-16
    1.1.4 天然气CCHP运行机制优化的必要性  16
  1.2 国内外发展及研究现状  16-20
    1.2.1 国内外发展及应用情况  16-18
    1.2.2 运行机制优化模型研究  18-19
    1.2.3 运行机制优化模型的算法研究  19-20
  1.3 本文主要工作内容  20-22
2 天然气CCHP接入电力系统的分析  22-32
  2.1 天然气CCHP的构成  22-25
    2.1.1 动力子系统  22-23
    2.1.2 供热子系统  23-24
    2.1.3 供冷子系统  24
    2.1.4 优化控制子系统  24-25
    2.1.5 其他辅助装置  25
  2.2 天然气CCHP的工作原理  25-28
    2.2.1 基于燃气轮机的天然气CCHP工作原理  26-27
    2.2.2 基于燃气-蒸汽联合循环的天然气CCHP工作原理  27
    2.2.3 典型天然气CCHP的生产工艺  27-28
  2.3 天然气CCHP的并网与运行方式  28-31
    2.3.1 天然气CCHP的并网分析  28-30
    2.3.2 天然气CCHP的运行方式  30-31
  2.4 本章小结  31-32
3 天然气CCHP运行机制优化模型  32-54
  3.1 运行机制优化的功能层次模型  32-33
  3.2 天然气CCHP的设备层  33-35
    3.2.1 系统设备初期投资成本  33-34
    3.2.2 设备维护费用  34-35
  3.3 天然气CCHP的系统层  35-40
    3.3.1 运行机理分析  35-38
    3.3.2 不同运行模式下能量平衡分析  38-40
  3.4 天然气CCHP运行机制优化模型的建立  40-52
    3.4.1 传统运行机制优化模型  40-41
    3.4.2 运行机制优化模型的新要求  41-48
    3.4.3 运行机制优化模型的目标函数  48-50
    3.4.4 运行机制优化模型的约束条件  50-52
  3.5 本章小结  52-54
4 天然气CCHP运行机制优化模型的求解  54-92
  4.1 基于自然选择的PSO算法  54-58
    4.1.1 PSO算法概述  54-55
    4.1.2 基于自然选择的PSO算法基本原理  55-57
    4.1.3 基于自然选择的PSO算法的参数  57-58
  4.2 基于自然选择的PSO算法对运行机制优化模型的求解  58-61
    4.2.1 适应度函数的构造  58-60
    4.2.2 运行机制优化模型的求解流程  60-61
  4.3 算例参数设置  61-66
    4.3.1 基于自然选择的PSO算法的参数设置  61-62
    4.3.2 天然气CCHP参数设置  62-63
    4.3.3 用户侧冷热电负荷的参数设置  63-66
  4.4 算例结果分析  66-90
    4.4.1 夏季典型日优化结果及分析  66-75
    4.4.2 冬季典型日优化结果及分析  75-81
    4.4.3 过渡季典型日优化结果及分析  81-88
    4.4.4 年运行优化结果及分析  88-90
  4.5 本章小结  90-92
5 总结与展望  92-94
  5.1 总结  92-93
  5.2 展望  93-94
参考文献  94-98
作者简历  98-102
学位论文数据集  102

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 火力发电、热力发电
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