分布式能源系统分析与优化研究

发布时间：2017-09-12 13:13

  本文关键词：分布式能源系统分析与优化研究

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【摘要】：由于分布式能源系统存在设备容量设计不匹配、运行方式选择不合理、能量来源单一等问题,这些问题的出现在很大程度上限制了分布式能源系统的进一步发展。本文针对分布式能源系统中存在的问题,以宾馆和办公楼分布式能源系统为研究对象,以设计优化、运行方式优化、多能互补系统研究为主线,综合考虑节能、经济、环保等多方面因素,对分布式能源系统进了多角度地探索和分析。(1)建筑物全年逐时冷、热、电负荷模拟根据我国建筑节能标准,应用DeST软件对北京地区某办公楼和五星级宾馆进行了冷、热、电负荷动态模拟,并对其全年逐时、逐月和典型日的负荷及热电比变化规律进行了分析和总结。该负荷模拟方法克服了以往建筑能耗计算中不考虑能耗随时间变化的缺点,为系统设备容量优化设计提供了更加准确的负荷基础。(2)分布式能源系统运行方式研究建立了“以热定电”、“以电定热”方式的通用计算模型,结合包含一次能源节约率、年费用节约率和二氧化碳减排率指标在内的综合指标计算方法,推导出各运行方式间的综合评价模型,指出了传统“混合运行”方式的问题所在,提出了一种“改进的混合方式”。以宾馆负荷为对象的算例表明,“改进的混合方式”能使分布式能源系统始终处于最佳运行模式下,较传统的“混合运行”方式具有更好的综合性能,该运行方式不仅在热电比较高时具有较好的综合运行效果,而且克服了“混合运行”方式在热电比较低时综合指标差的缺点。(3)分布式能源系统设计优化方法研究提出一种基于遗传算法和最大矩形面积法的设计优化方法,该方法采用最大矩形面积法确定待优化变量的范围,应用遗传算法进行优化求解。该方法能够有效缩小待优化变量的取值范围,同时克服最大矩形面积法无法兼顾综合指标最优的缺点。以办公楼负荷为研究对象,从优化结果的准确性、运行指标的合理性等多个角度对本文提出的设计优化模型进行了验证分析。本文还根据建筑物全年负荷特点,将传统全年单一电制冷比系数优化变为,从供热季、过渡季、制冷季三个阶段分别对电制冷比系数的优化,进一步提高了分布式能源系统的综合指标。(4)多能互补分布式能源系统的设计优化与分析考虑以天然气为主的分布式能源系统的局限性,本文设计了一种以太阳能为辅助驱动源的多能互补分布式能源系统,并确定了系统的最佳原动机容量、电制冷比系数、太阳能发电面积占比等。从设备特性、市场因素等方面对系统运行性能进行了敏感性分析。并将所设计的多能互补系统与传统分布式系统在能量消耗、费用使用、二氧化碳排放等方面进行了对比分析,结果表明多能互补系统具有更高的一次能源节约率、二氧化碳减排率和综合指标。(5)储热装置对多能互补系统的影响分析设计了一种带有储热装置的多能互补系统,并对原动机容量、电制冷比系数、太阳能发电面积占比、储热装置容量等进行了设计优化。从全年、逐月、典型日三个时间层面对有无储热装置的多能互补系统进行了对比分析,研究了储热装置对多能互补系统的影响。分析结果表明适当容量的储热装置能够在节能、经济、环保方面提高系统运行效果,克服了由于多能互补系统初始投资大所造成经济性差的缺点。储热装置在供热季主要在夜间进行蓄热和放热,在制冷季主要在白天发挥作用,而在过渡季其在全天都发了挥热量调节作用,储热装置对系统的影响主要集中在过渡季。
【关键词】：分布式能源系统 运行方式 优化 多能互补系统 储热装置
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK01
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 主要符号说明11-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 选题背景及意义16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 分布式能源系统发展中存在的问题17-18
• 1.1.3 选题的意义18
• 1.2 分布式能源系统研究现状18-22
• 1.2.1 分布式能源系统运行方式研究现状18-19
• 1.2.2 分布式能源系统设计优化方法研究现状19-21
• 1.2.3 多能互补与储能在分布式能源系统中应用研究现状21-22
• 1.3 论文主要研究内容与框架22-26
• 1.3.1 论文主要内容22-23
• 1.3.2 论文各章节关系23-26
• 第二章 分布式能源系统负荷与指标分析26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 建筑动态负荷模拟与分析26-37
• 2.2.1 建筑动态负荷计算方法26-29
• 2.2.2 办公楼动态负荷模拟与分析29-32
• 2.2.3 宾馆动态负荷模拟与分析32-37
• 2.3 分布式能源系统指标模型37-40
• 2.3.1 热力学指标模型37-38
• 2.3.2 经济性指标模型38-39
• 2.3.3 环境指标模型39-40
• 2.3.4 综合性能指标40
• 2.4 本章小结40-42
• 第三章 分布式能源系统运行方式研究42-70
• 3.1 引言42
• 3.2 典型分供系统与分布式能源系统模型42-46
• 3.2.1 典型分供系统模型42-44
• 3.2.2 典型分布式能源系统模型44-46
• 3.3 分布式能源系统基本运行方式46-49
• 3.3.1 以热定电方式46-48
• 3.3.2 以电定热方式48-49
• 3.4 混合运行方式分析49-61
• 3.4.1 混合运行方式的基本原理49-50
• 3.4.2 混合运行方式存在的问题及理论分析50-61
• 3.5 改进的混合运行方式61-69
• 3.5.1 改进的混合运行方式模型61-62
• 3.5.2 改进的混合运行方式验证分析62-69
• 3.6 本章小结69-70
• 第四章 分布式能源系统设计优化方法研究70-90
• 4.1 引言70
• 4.2 最大矩形法模型70-74
• 4.3 基于MRM的设计优化模型74-81
• 4.3.1 最优化问题的一般数学模型74-75
• 4.3.2 优化变量75-76
• 4.3.3 优化目标76
• 4.3.4 约束条件76-77
• 4.3.5 求解方法77-81
• 4.4 优化结果和分析81-86
• 4.4.1 设计优化结果81-83
• 4.4.2 优化结果验证分析83-86
• 4.5 对电制冷比系数优化的进一步讨论86-88
• 4.6 本章小结88-90
• 第五章 多能互补分布式能源系统研究90-118
• 5.1 引言90
• 5.2 多能互补分布式能源系统建模90-95
• 5.2.1 太阳辐射强度计算90-93
• 5.2.2 多能互补分布式能源系统结构设计93-95
• 5.3 多能互补分布式能源系统设计优化95-97
• 5.3.1 多能互补分布式能源系统设计优化方法95-96
• 5.3.2 多能互补分布式能源系统优化结果96-97
• 5.4 多能互补分布式能源系统运行分析97-106
• 5.4.1 全年运行分析97-101
• 5.4.2 逐月运行分析101-103
• 5.4.3 典型日运行分析103-106
• 5.5 影响因素分析106-110
• 5.5.1 设备特性的影响107-109
• 5.5.2 市场因素的影响109-110
• 5.6 带有储热装置的多能互补系统110-116
• 5.6.1 带有储热装置的多能互补系统能量流动110-112
• 5.6.2 带有储热装置的多能互补系统设计优化112-113
• 5.6.3 带有储热装置的多能互补系统运行分析113-116
• 5.7 本章小结116-118
• 第六章 论文的总结与展望118-122
• 6.1 论文的总结118-119
• 6.2 工作展望119-122
• 参考文献122-128
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果128-130
• 致谢130

【参考文献】

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本文编号：837409