冷热电三联供系统热力性能的模拟分析及评价研究

发布时间：2020-07-26 20:11

【摘要】：目前我国能源需求与环保压力的矛盾日益突出,提高能源利用率和减少污染气体排放是解决这一矛盾的有效途径。冷热电三联供系统作为一种新型的能源利用形式,因其能源利用率高、清洁环保等特点受到广泛的关注。由于冷热电三联供系统能量利用方式的多样性和转化过程的复杂性,系统内部的缸套水余热和低温烟气余热等低品位余热回收力度不够致使整体的热力性和经济性下降;系统内部的余热利用方式及相应的热力性能分析有待继续深化研究。因此,本文提出了一种以内燃机为动力机的冷热电三联供系统,综合考虑集成方案、动力机功率、余热温度、外界环境因素等对热力性能变化的影响,对其进行了热力性能的研究和评价。对冷热电三联供中利用余热的方式、提升一次能源利用率和余热利用率等方面提供了参考建议,具有一定的实际应用价值。本文开展的研究如下:(1)提出一种以内燃机为动力机的冷热电三联供系统的运行方案。其中动力子系统为内燃机;制冷子系统包括两个换热器和单效溴化锂制冷机,一级加热器和二级加热器先后回收内燃机的缸套水余热和烟气余热,加热溴化锂制冷机的驱动热源回水;制热子系统包括两个换热器、一个空气预热器和空气源热泵,在回收缸套水余热和高温烟气余热的同时也可以回收低温烟气余热,提高余热利用率。(2)根据上述的运行方案,构建系统内部部件的数学模型,并利用Aspen Plus模拟软件对制冷子系统和制热子系统分别进行物理建模。模拟分析了当内燃机从启动至满负荷运行时,系统的热力性能及变化规律。研究了当功率变化时,系统的余热利用率、供能量、热泵性能系数等参数的变化规律。结果表明系统可以实现高品位余热和低品位余热的深度回收,在提高系统的供能量、余热回收率和性能系数等方面具有明显的优势。(3)结合上述制冷子系统和制热子系统的工况结果,对系统不同运行方式下的能量转换流动过程进行分析,并将传统的分供系统作为参照系统,对本文的冷热电三联供系统从热力性、环保性和经济性三方面开展评价研究。热力性评价主要包括系统余热占比、一次能源利用率、热电比和冷电比随功率的变化规律;环保性评价选取了CO_2减排率为指标;经济性评价则选取了运行费用节约率为指标。结果表明,本文提出的以内燃机为动力机的冷热电三联供系统运行方案在一定负荷区域内具有提高能源利用率、减少CO_2的排放和提高系统经济性等优势。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK01;TK123
【图文】：

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1.1 选题背景及意义能源为社会的发展提供了基础，化石燃料为社会的进步提供了动力。随着我国经济水平的迅速发展，对能源的需求也日益增加。根据 2018 年 BP 世界能源统计年鉴所示[1]，2017年世界一次能源消费量总计为 13511.2 百万吨油当量，其中石油消费量总计为 4621.9 百万吨，天然气消费量总计为3156百万吨，煤炭消费量总计为3731.5百万吨，占比分别为34.2%、23.4%和 27.6%，石油仍是最主要的燃料，其次是煤炭。中国仍然是世界上最大的能源消费国，占全球能源消费量的 23.2%和全球能源消费增长的 33.6%。能源消费增长 3.1%，连续17 年成为全球能源消费增量最大的国家。全球一次能源消费量变化如图 1-1 所示，整体呈逐年上升趋势。其中 2017 年全球一次能源消费量增长了 2.2%。增速较 2016 年提高 1.2%。持续增长的能源消费量不仅对能源供应带来了很大的压力，同时也造成了巨大的环境污染问题。图 1-2 为二氧化碳排放量变化曲线图，由图可知，在 2007 2017 年间，二氧化碳排放量呈逐年增加趋势，当这些气体排放到空气中后，对全球的环境带来极大的威胁，也影响着人的日常活动和身体健康。因此，如何解决能源供应紧张、缓解环境污染成为全球研究的热点。

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是一种将设备安装在用户端附近，同时向用户提供电能、热能和系统。如图 1-3 所示，冷热电三联供系统将天然气作为主要燃料，经过燃烧的 40%能量转换成电能，剩下的中低温能量可通过溴化锂吸收式热泵或换回收利用，转换成热能或冷能供给热用户，能源利用率可达到 80%以上[4-6]点：（1）不需要远距离输送，从而减少了建设费用和运输损失；（2）在能量的总量不变，但是能量的品味发生了变化，系统中的设备可以利用不行供能或转化，实现了能量梯级利用，提高了能源利用效率；（3）系统的的需求相结合，规模偏小，灵活方便，安全性高。除此之外，冷热电三联面也有着显著的效果。李炜[7]通过研究发现，针对同一处居民区，分布式冷统产生的 CO2排放量比传统的供能系统小的多，减排率达到 80.245%；Ma现通过应用太阳能的冷热电三联供系统可以在冬天每天减少 2217 kg 的 CO所述，说明冷热电三联供系统在缓解供能压力、提高能源利用效率、减少具有显著的优势。近年来，国家也出台了相应的政策支持冷热电三联供系，结合我国目前的能源情况，冷热电三联供系统在未来也具有极大地应用。

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