浅谈燃气冷热电三联供系统的发展及优势

冷热电联产系统是分布式能源的一种应用形式。本文针对其目前的发展状况,介绍了冷热电联产系统的特点和形式。通过两个工程案例介绍了国内冷热电联产研究的现状与热点。     

天然气冷热电三联供系统热力学分析

天然气先经过燃气轮发电机发电,然后利用燃气轮机排出的高温烟气推动吸收式制冷机制冷,最后利用换热器回收中温烟气中的余热加热生活热水,这种冷热电三联供方式能够显著地提高能源的利用效率。构建了天然气为燃料冷热电三联供系统典型的模型图和能流图,导出了系统各环节能量和的计算公式、三联供系统的总能量和利用率以及各部位的损失;基于能源产品的市场价格,给出了三联供系统的经济收益。以现有技术设备和典型操作工况为基础,分析讨论了环境温度以及燃气轮发电机和制冷机出口烟气温度对供冷、供热、能量利用率、利用率以及经济收益的影响。结果表明,环境和烟气的温度对系统的性能和收益都有一定的影响。     

冷热电三联供预处理天然气工艺开发研究

随着我国气田的开发,边际气田的开发越来越得到重视。对于处于电网负荷较小、距离主要输电线路较远的边际气田,电网铺设费用及电路电损较大,采用燃气用于发电成为开发边际气田用电的首选,提出将冷热电三联供用于边际气田供电及天然气预处理,不仅能够减少铺设电网及处理天然气加热、制冷设备的费用,而且大大提高了能源利用效率。     

燃气冷热电三联供系统节能性与经济性分析

燃气冷热电三联供(CCHP)系统作为分布式能源的一种,基于能量梯级利用思想,能够向用户提供电、热、冷多种能量,具有节能、经济、环保、安全可靠等多方面的优势。选取天然气发电、燃气锅炉供热、燃气发电制冷的分供系统为比较基准,通过建立数学模型,对CCHP系统与分供系统的节能性与经济性进行了分析对比。结果表明:要提高CCHP系统的节能性,除了选用较高发电效率的动力装置之外,根据余热形式及特点,合理选取高效的余热回收装置,充分利用发电余热,提高系统供热效率是关键;此外,根据负荷特点等因素合理确定系统运行模式也有助于提高系统节能性。分析了气电价比等因素对CCHP系统经济性影响,并对该系统的进一步发展提出了建议。     

某酒店天然气冷热电三联供改造研究

以贵阳市观山湖区某酒店的冷热电三联供系统改造为研究对象,分析建筑的供冷、供暖期典型日的逐时冷热电负荷.基于全年适时负荷,按以热定电思路确定发电设备容量.通过分析发现:全年逐时动态冷热负荷的分析十分重要,不仅是确定设备容量的需要,也是分析运行成本的需要;确定发电机容量时需要合理选定发电机的开机时间及运行策略.     

医院建筑冷热电三联供系统的经济性分析

介绍了楼宇型天然气冷热电三联供系统的特点和应用范围。楼宇型三联供系统能够实现能量梯级利用,提高一次能源利用率。结合某医院建筑的天然气冷热电三联供系统进行了经济性分析。对比常规的供能方式,总结了采用冷热电三联供系统的优点并展望了其发展前景。     

冷热电联供系统设计和运行集成优化

冷热电联供是提高能源综合利用效率的有效途径,其系统设计与运行策略通常相互耦合,因此实施联供系统的集成优化至关重要。本文同时考虑全生命周期内的投资与运行成本,提出以年度总成本最小化为优化目标,结合联供系统中燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等设备特性方程,以及针对以电定热、以热定电和混合热电三类典型运行策略,设置了冷、热和电三种负荷需求能量平衡方程,最终构建了包含固定电/热效率和动态电/热效率的联供系统设计与运行集成优化模型。所提方法应用于典型商业楼宇的冷热电联供系统优化设计,结果表明,只有通过综合运用混合热电运行策略、动态电/热效率和全年负荷特性数据,才有望获得合理可行的最优设计方案。     

含分层储能的冷热电联供系统运行优化

为提高冷热电联供型微电网对可再生能源的消纳能力,解决源-荷的不确定性使得系统运行稳定性降低的问题,提出含分层储能的三级混合时间尺度滚动优化方法。日前优化目标为日运行成本最低;日内上层以燃料成本和蓄热罐功率变化惩罚成本最低为目标对冷热能进行优化,下层以电网交互成本和蓄电池功率变化惩罚成本最低为优化目标对电能进行优化;实时电系统反馈以电系统削峰填谷作用量和功率波动量最低为优化目标;得出最优的系统中各设备的出力计划。结果表明：该优化方法和分层储能能够有效达到削峰填谷的作用,各设备功率波动率均处于较低水平;冬季典型日的日运行成本比日前成本有所降低。     

LNG冷热电联供系统的分析研究

LNG是一种清洁、高效的能源,非常适合用来作为第二代能源系统的一次能源。LNG在汽化过程中会释放大量的冷量,同时体积膨胀,压力能也可以被利用。本论文通过对LNG冷能、压力能与化学能综合利用方式进行计算研究,提出两套LNG冷热电联供方案能量综合利用方案,通过模拟计算,研究各方案的能量利用率及可行性。     

燃料驱动无电热泵系统的节能模拟与运行经济性分析

创新性提出了一种燃料驱动无电热泵系统（NEHP）的热泵新技术，NEHP使用一套系统解决了夏季供冷、冬季供暖、生活热水及一定量生活用电，是一种可冷热电多联供的分布式能源系统。本文从原理及设计思路上对NEHP新技术进行了具体说明，对NEHP技术应用的节能性进行了模拟计算，并对运行经济性作了全面分析。NEHP技术适宜应用于缺电和无电地区，具有电热泵（EHP）无法比拟的适用性优势，也适用于燃气与电力均较为充裕的地区，具有广阔的应用场景。对于使用燃气的NEHP-G系统，若气电比rge小于某一数值，则在供热或供冷方面NEHP-G将比EHP具有更低的运行费用，其中额定制热时该值为4.17，额定制冷回收与不回收余热时该值分别为5.62和3.06。以重庆地区2021年商业气价与电价为例，NEHP-G在制热季可节省费用42.17%～47.49%，在制冷季回收与不回收余热可分别节省费用48.22%与32.26%。     

基于TRNSYS的冷热电联供系统建模与蓄能策略分析

冷热电联供是天然气高效利用的重要方面。以上海某医院为例,基于Trnsys与Matlab软件建立了天然气冷热电联产系统的动态仿真与控制模型。对传统蓄能策略、"主动蓄能"策略和新型蓄能策略进行了描述。利用该模型计算了系统在不同蓄能容量与控制策略下的效率、一次能源节约率和投资回收期,并进行了对比分析。结果表明,"主动蓄能"策略下联供系统对建筑供能的贡献率低,性能差于其他蓄能策略;新型蓄能策略下的系统运行时间能得到很大的延长。它能有效发挥蓄能设备的作用,使联供系统为建筑提供更多的高效能量。电力不能上网的条件下,联供系统的节能潜力受到很大的限制。     

基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统研究进展

将质子交换膜燃料电池应用于冷热电联产系统中,可有效提高系统效率,实现冷热电供能的可持续发展。本文介绍了基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统的数学建模、运行策略、能源管理、多维评价、系统优化理论与应用等方面的研究进展。根据现有研究,从能源禀赋、供需整合与多尺度建模、多能互补供能、系统评价体系、系统集成优化多方面指明未来该系统的研究可从多尺度建模、源网荷储深度融合、完善系统评价体系以及系统优化与实时调控等方面进行,为得到更为全面高效稳定的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统提供新思路。     

微型分布式冷热电联产系统的热力过程综合优化

运用热力过程分析理论,对微型分布式冷热电联产系统的户式示范工程的典型工况进行热力过程分析。其中的夹点分析（PA）理论对系统中的换热网络（HEN）进行了最优化的改进设计,换热网络的改进能实现最小公用事业这一能量目标以及相应的经济目标。在夹点分析的基础上,进一步运用分析,对微型冷热电联产系统的能量梯级利用原理展开讨论,并结合热机与热泵的热力学特性,得出它们在换热网络系统中最佳的设置方法。通过热力过程最优分析及其再设计,改进后的分布式冷热电联产系统获得了更佳的热力学性能与经济效益。     

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。     

采用分流过冷的跨临界CO2冷热联供系统性能

为了探索不借助外力即可实现跨临界CO₂冷热联供系统循环中工质过冷的方法,本文提出了三种采用系统循环内部工质分流实现过冷的跨临界CO₂循环系统形式,建立了系统循环热力学模型,通过模拟计算分析不同工况下系统性能变化规律。结果表明：在蒸发器与节流阀间分流的系统方案不会提高系统的性能;在气体冷却器与过冷器间分流的系统方案与在过冷器与节流阀间分流的系统方案对系统性能提升的效果相同,相对于在蒸发器与节流阀间分流的系统方案,综合循环性能系数（coefficient of performance,COP）最大可提高17.62%;采用分流过冷会提高压缩机的吸气压力,当气体冷却器出口CO₂温度确定时,存在最佳的排气压力使综合COP最高。因此,采用合理的分流过冷循环系统可以使跨临界CO₂冷热联供系统仅依靠自身循环实现过冷并提升系统性能。     

基于沼气的热电气联供系统全工况模型与性能分析

为了解决我国城镇化进程中日益增长的能源需求,高效循环利用有机废弃物,缓解农村环境污染问题,构建了基于沼气的内燃机热电气联供系统,将生物质厌氧发酵、内燃机热电联产、补充热源、用户侧需求等有机联系起来建立系统全工况动态数学模型,并以兰州地区5户建筑面积226.8 m²的新农村建筑为例,进行系统全年逐日供需能量平衡分析及性能分析。结果表明：寒冷地区新农村建筑负荷与商业建筑存在明显不同,冬夏季热负荷差异大,全天电负荷波动很明显;在充分考虑厌氧发酵生物质能源转化效率、热量传输及换热效率和火电厂发电效率的情况下,联供系统全年一次能源利用率为37.85%;与传统农村分供系统相比,系统一次能源节约率为17.12%。系统性能分析结果可为我国生物质沼气集中热电联产在村镇的规模化应用提供一定理论依据。     

进气温度对燃气-蒸汽联合循环机组性能的影响

选取某200MW级燃气-蒸汽联合循环（GSCC）机组为研究对象,在环境温度与联合循环满负荷和部分负荷工况性能变化规律分析的基础上,本文提出了燃机进气温度控制技术。通过建模仿真和试验等方法研究了燃机进气温度变化对联合循环全工况性能的影响。结果表明,对于联合循环满负荷工况,通过进气冷却技术将燃机进气温度由32℃降低至12℃时,可增加联合循环功率14.2MW,同时提高热耗率2.3%;对联合循环80MW、120MW和160MW部分负荷工况,通过进气加热技术将燃机进气温度由12.5℃升高到40℃时,联合循环燃气耗量逐渐降低,联合循环效率分别提升0.86%、1.26%和1.11%。燃机进气温度控制技术建立了联合循环中底循环与顶循环间的耦合,在一定负荷和进气温度范围内调节燃机进气温度可有效改善联合循环性能,具有较高的研究和应用价值。     

燃煤烟气胺法脱碳MVR再生系统关键参数及能耗分析

针对燃烧后胺法脱碳工艺再生能耗高的问题,本文将机械蒸汽再压缩（mechanical vapor recompression,MVR）节能技术与胺法再生工艺集成,建立燃煤烟气胺法脱碳MVR再生系统。采用速率基非平衡模型,以再生能耗为目标函数,对影响再生系统能耗的关键工艺参数进行考察,分析其对MVR再生系统的影响规律。结果表明,MVR技术在燃煤烟气胺法脱碳再生系统中表现出良好的节能效果,但最终节能效率应低于41.3%;在0.35～0.55mol/mol范围内增加富液CO₂担载量以及从90℃到115℃提升进塔温度,再生能耗快速降低;增加再生塔压力,MVR再生系统的再生能耗亦呈下降趋势,再生塔压力控制在2atm以下较为合适;降低闪蒸压力,压缩机能耗不断增加,再沸器能耗快速降低,闪蒸压力的合理取值区间为0.9～1.0atm;降低塔顶冷凝器温度从70℃到20℃,再生能耗略微增加,CO₂气体纯度提高。