基于全生命周期评价的冷热电联供系统优化研究

天然气与太阳能互补是提高能源利用率和实现节能减排的有效方法,该文构建一种光-气-储互补的冷热电联供(CCHP)系统。基于全生命周期理论,以一次能源节约率、总污染物减排率为目标函数,建立冷热电联供系统优化模型,应用遗传算法对系统变工况运行下的容量配置进行优化;将物质回收阶段纳入全生命周期评价,并在运输阶段考虑燃料运输。结果表明:经优化后,CCHP系统电跟随(FEL)策略可实现较好的节能减排效益。分供(SP)系统在物质回收阶段对环境的影响微乎其微,CCHP系统燃料运输能耗量远低于SP系统。

燃气轮机耦合聚光光伏光热冷热电联供系统性能评价与优化研究

基于天然气的稳定、连续、热值高、运输便捷和太阳能的清洁、环保、可再生的优势互补,提出了一种微型燃气轮机耦合低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)的冷热电联供系统。建立了以一次能源节约率、二氧化碳减排率、年度总成本节约率和效率为目标的优化模型,并采用强度帕累托进化(SPEA-II)优化算法与优劣解距离法(TOPSIS)和权熵法结合的决策方法综合求解模型,获得Pareto最优解。结果表明:当LCPV/T面积为48.09 m^(3),LCPV/T体积流量为50 L/h,低温水源热泵容量为80.41 kW,高温水源热泵容量为250.03 kW,燃气锅炉容量为400.11 kW,余热回收锅炉换热效率为96.07%时,冷热电联产(CCHP)系统综合性能最好。优化后,系统全年平均一次能源节约率、二氧化碳减排率、年度总成本节约率和效率相较于优化前分别提升7.11%、6.46%、4.35%和5.64%。

冷热电联供系统的变工况双层协同优化研究

以冷热电联供系统(CCHP)的逐时供需关系为基础,构建经济性评价指标,采用枚举法与遗传算法相结合的双层协同运算方法优化系统配置容量,提出合理的内燃机配置方案。结果表明,经过双层协同优化的冷热电联供系统具有明显的经济优势,年总成本节约率提升至69.87%,同时减小了内燃机启动负荷,延长了26.47%的运行时间。

融合需求侧虚拟储能系统的冷热电联供楼宇微网优化调度方法

提出一种融合需求侧虚拟储能系统的冷热电联供楼宇微网优化调度方法。首先基于楼宇蓄热特性,构建了一种虚拟储能系统模型。进而,将虚拟储能系统集成到楼宇微网优化调度模型中,通过在温度舒适度范围内对楼宇室温进行优化调节,实现对楼宇虚拟储能系统的充放电管理。最后以夏季制冷场景为例,对两种典型楼宇微网算例进行经济优化调度分析。结果表明,所提融合需求侧虚拟储能系统的冷热电联供楼宇微网优化调度方法可以在保证温度舒适度的前提下充分发掘楼宇参与微网经济优化运行的虚拟储能潜力,可在一定程度上降低微网运行成本。

冷热电联供系统多元储能及孤岛运行优化调度方法

建立以电能、风能、太阳能、天然气和储能为能量互补形式的冷热电联供系统。针对并网运行时的营运成本最小化问题及孤岛运行时能源利用率最大化问题,提出多能互补系统综合优化调度策略。根据不同时间尺度的冷热电联供系统平衡方程相结合的方法提出多元储能技术,更新原有的调度计划,降低系统运行成本,同时通过计算负荷温度变化率得出系统负荷中的冷热惯性及冷热电联供系统自身能量储备,与储能设备共同实现负荷预测、风光功率预测波动抑制以及对阶梯电价的适应,构成多元储能系统。提出适用于孤岛运行时冷热电联供系统目标函数以及孤岛运行时的优化调度策略,实现孤岛运行下能源利用率最大化。最后利用CPLEX数学规划方法对所提控制策略进行了仿真验证。

含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化

利用区域综合能源系统提高负荷侧运行灵活性是提升电力系统内高比例可再生能源消纳能力的重要技术手段,并且区域综合能源系统内的储能设备可以通过解耦热电联系来有效降低运行成本。用场景分析法对可再生电源出力随机性进行建模,以揭示可再生能源的随机波动性对含有冷热电联供的区域综合能源系统的运行优化所带来的影响。在考虑系统内设备特性后,建立了包含能源转换设备、能源储存设备在内的区域综合能源系统模型,并采用Yalmip工具箱和商业软件Cplex在MATLAB中进行了仿真分析,求得了系统内各个单元最佳出力、机组组合和不同调度模式下总运行成本。仿真算例表明,含有冷热电联供的区域综合能源系统可以通过储能设备有效解耦其热电运行约束,充分发挥区域综合能源系统依附能源互联网运行所带来的经济优势,提高能源利用效率。

国内冷热电联供系统现状和发展趋势

燃气驱动冷热电联供系统基于能量梯级利用,具有提高能源综合利用率、减少污染物排放的优点,同时对调整我国的能源结构、缓解夏季供电紧张具有重要意义。介绍冷热电联供系统的国内外应用研究现状及系统设备种类。针对北京、上海地区已建成冷热电联供系统进行了调研,通过对北京、上海地区已建成冷热电联供系统的建筑类型、动力系统选型、负荷匹配情况进行统计和分析,总结出国内冷热电联供发展的部分特点,并对冷热电联供系统的应用局限和发展前景提出了看法。

基于多变量相空间重构和卡尔曼滤波的冷热电联供系统负荷预测方法

文中设计一种新型的基于多变量相空间重构和卡尔曼滤波的冷热电联供系统负荷预测方法。首先选择冷热电负荷及与负荷密切相关的天气因素的历史时间序列组成多变量时间序列,然后运用混沌理论和C-C方法重构多变量相空间,最后建立多变量相空间的自回归模型并采用卡尔曼滤波方法预测冷热电负荷。以中国北方某医院冷热电联供系统的8月份历史负荷数据和天气数据验证该冷热电负荷预测方法。结果表明,与采用单变量相空间重构和卡尔曼滤波预测方法相比,文中设计的负荷预测方法充分考虑冷热电负荷中多个变量的相互耦合关系,可有效提高负荷的预测精度。算例分析验证了该冷热电负荷预测方法的可行性和有效性。

北京分布式能源冷热电联供系统并网交易研究

结合分布式能源冷热电联供(CCHP)系统在北京市的发展状况,重点探讨了其电力并网交易的问题。文中构建了CCHP系统并网的电价体系,提出了收取系统备用费的建议,探讨用会计成本和长期边际成本2种方法制定基本电价的计算模型。通过比较分析,认为采用长期边际成本定价的方法更能体现电网实际成本的增加,并以此模型来计算基本电价,按照北京电网的有关数据计算出了不同并网电压等级下的备用费收取额度。分析了CCHP系统的环境效益,最后提出了CCHP系统与大电网的并网交易模式和电价政策。

太阳能冷热电联供系统的策略评估和优化配置

冷热电联供(CCHP)系统相比于分供(SP)系统而言,具有能效高、污染少,可以实现能源的梯级利用等特点,成为未来分布式供能系统的发展趋势。文中将太阳能与CCHP系统相结合,设计了光伏光热一体化联供(PVST-CCHP)系统和太阳能综合利用联供(PVCU-CCHP)系统,并构建了以热定电和以电定热两种运行控制策略。基于全寿命周期法,建立了能源、环境、经济和综合评估的多指标评价体系。以SP系统作为参考,利用算例对PVST-CCHP和PVCU-CCHP系统的运行策略进行了评估。在此基础上,采用粒子群优化算法对最优联供系统的机组台数和燃气轮机容量进行了优化配置,实现了联供系统的综合效益最大化,为太阳能的综合应用提供了参考。

与电力系统协同区域型分布式冷热电联供能源系统集成方案

在分析了分布式冷热电联供系统(DES/CCHP)的研究和发展面临的新机遇的基础上,提出了与电力系统协同的区域型DES/CCHP的总体集成思路和技术集成方案。通过变结构的集成方式来实现系统结构与功能的协同优化,提出了多个区域型DES/CCHP、区域内其他形式的分布式能源系统、多源链式微网、多源环状热网和大电网的整合集成技术,并通过能源利用流程的动态组合,提出了协同互补运行方式。为清洁能源的高效、梯阶、互补利用及分布式可再生能源的规模化应用提供一种通用的集成方案。该集成方案将在湖南省创建国家示范性工程中得到应用。

冷热电联供系统的三级协同整体优化设计方法

冷热电联供系统能否高效、经济、环境友好的运行,取决于系统的设备选型、设备容量及运行策略的整体优化。文中设计了一种冷热电联供系统的三级协同整体优化方法,第一级优化运用离散粒子群算法,以年一次能源利用率最高为目标,求解最优设备选型问题;第二级优化采用粒子群算法,以年CO2排放量最少为目标,求解最优设备容量问题;第三级优化采用粒子群算法,以年运行成本最低为目标,求解最优运行参数问题。以应用于医院的冷热电联供系统为例,验证该三级协同整体优化设计方法的有效性。结果表明,采用该方法设计的冷热电联供系统同分别基于"以电定热"和"以热定电"运行策略设计的2种冷热电联供系统相比,该系统更节能、更环保、更经济。

燃气轮机冷热电联供系统优化与节能经济性研究

以满足冷、热、电负荷需求时能源运行成本最低为优化目标,建立了联供系统经济最优化模型。结合实际应用场合负荷需求验证了联供系统的节能性和经济性。指出联供系统最优化运行模式与电气价格比有关,当电气价格比较低时,分供系统运行更经济。分析了各性能参数对系统经济性的影响,结果表明燃气轮机发电效率、吸收式制冷机的制冷系数及烟气余热回收效率对联供系统的经济性影响较大。

冷热电联供系统的设计、运行及分析

冷热电联供作为一种分布式供能系统,实现了能源的梯级、高效利用,是目前电力工业和能源产业的重要发展方向。通过介绍常用冷热电联供系统方案及其原理,并针对各个方案的优缺点结合项目需求,使用了带有蓄能环节的冷热电联供系统设计方案,实现了能量使用的削峰填谷。同时,对系统内主要设备的选型、配置原则以及系统主要运行方式、运行工况进行了详细阐述,通过对系统的电气运行方式及相应控制策略的分析,建立了冷热电联供自动运行控制系统。最后,以蓄热工况实验为例,对系统运行性能及影响因素进行了分析,并给出了实验数据及分析结果。通过实验运行显示,系统一次能源利用率达到了70%,系统运行安全可靠。

微型燃气轮机冷热电联供系统的优化运行研究

根据微燃机冷热电联供的优化配置步骤及考虑因素,对微燃机冷热电联供系统的几种方案进行了研究。确立了以年运行费用最小为目标的函数及约束条件,在选定建筑物,满足其冷热电负荷的情况下,对几种运行方案分别进行了优化,得出了适合该建筑的最优方案,并对其运行策略进行了分析。讨论了天然气价格、微燃机价格对联供系统投资回收期的影响。

风电并入冷热电联供系统的优化运行控制

冷、热能只需满足阶段性平衡,而电能则需满足实时平衡。为了提升风电的利用水平和降低风电随机性对电网的影响,提出风电以制热方式和供电方式参与冷热电联供系统(CCHP)供能的供热模式及供电模式。构建并分析风电供能模式控制方法,并对2种供能模式分别建立以包含燃料成本和购电成本的系统运行成本为目标函数的优化模型。考虑风电出力预测偏差,采用α-超分位数方法刻画各随机目标函数,进而建立相应的随机优化模型。通过算例分析风电不同供能模式下的经济效益;研究不同置信水平对系统运行成本的影响。仿真结果为风电供能模式的选择提供了依据;该研究可为智能电网背景下可再生能源的高效合理利用提供新思路。

太阳能综合利用的冷热电联供系统控制策略和运行优化

随着节能减排观念日益深入,利用太阳能等可再生能源成为解决目前严重的化石能源危机和环境污染问题的有效途径,而冷热电联供(CCHP)系统以其能效高、污染少、可以实现能源的梯级利用等特点,成为未来分布式供能系统的发展趋势。在此背景下,将太阳能与CCHP系统相结合,设计了一种能够实现太阳能光伏光热综合利用且同时满足冷热电负荷需要的联供系统。分别建立了能源、环境、经济评价3个方面的评估指标,并利用判断矩阵法将上述3个指标形成了一个综合评估指标,同时设定了系统以热定电和以电定热2种运行方式,并分别设计了3种不同控制策略。通过算例分析了系统的电制冷机最优制冷比、太阳能光伏发电最优容量和运行控制策略的评估,验证了所提模型和控制策略的有效性和可行性,为太阳能综合应用于CCHP系统提供了参考。

太阳能冷热电联供系统的综合性能评价与研究

为了高效利用丰富的太阳能资源,同时满足用户多样化能源的需求,可以采用太阳能实现冷热电联供。当太阳能作为热源或辅助电源时,系统较为稳定且控制方法简单。但是当两种形式同时存在时,会导致太阳能的能源利用率降低且成本升高。因此,需要一种方法对太阳能冷热电联供系统(PV/T-CCHP)的优劣进行评估。提出采用基于Fuzzy-AHP的多目标决策法(MCDM),建立PV/T-CCHP系统指标体系。以传统的分供系统作为参考,从四个角度分别评估了PV/T-CCHP系统运行性能、不同控制策略下的运行性能以及综合运行性能。研究结果可以为PV/T-CCHP系统的设计运行提供参考。

内燃机余热回收冷热电联供系统性能研究

针对内燃机排气的特点,构建了一种新型冷热电联产(CCHP)系统来进一步回收排气余热,达到节能减排的目的。该CCHP系统由1个简单回热超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环、1个喷射式制冷循环和1个热水器组成。为了评估系统性能,建立了系统的热力学模型,并比较了单一S-CO_(2)循环与CCHP系统的性能参数。此外通过参数分析,研究了压缩机出口压力、透平1进口温度以及制冷蒸发温度3个重要参数对于系统性能的影响。最后,以系统同时产生最大净输出功和制冷量(CCP模式)或同时产生最大净输出功和供热量(CHP模式)为优化运行模式,对系统进行了多目标优化。结果表明:CCP模式下,系统净输出功、制冷量、供热量之和为546.87 kW,热效率和㶲效率分别为45.81%和50.55%;而在CHP模式下,同样的性能指标则分别为501.35 kW、41.95%和50.46%。

考虑二氧化碳排放的冷热电联供系统的容量配置

节能减排已被纳入国家经济社会发展规划之中。冷热电联供CCHP(combined cooling,heating and power)系统因其高效、碳排放量少而被广泛应用。针对多种发电单元的CCHP系统容量配置问题,建立了综合考虑二氧化碳排放量、系统总成本的规划模型,并采用CPLEX优化软件求解。采用Energy Plus软件模拟计算某宾馆的全年逐时冷、热、电负荷,仿真分析4种不同CCHP系统的容量配置方案,以及不同权重系数对系统容量配置的影响。最后对系统容量配置关于天然气价格和电价的灵敏度进行分析。本研究内容为CCHP系统的规划提供了一定的理论支持。