冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)基于火用的分析優(yōu)化

1、冷熱電三聯(lián)產(chǎn)基于（火用）分析的優(yōu)化前言 冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是分布式能源系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，為分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展提供了先進的技術(shù)支持，它是建立在能源梯級利用概念基礎(chǔ)上，將發(fā)電、制冷和供熱過程一體化的多聯(lián)供總能系統(tǒng)，燃料首先用作發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的高溫煙氣用于制冷，最后煙氣中的余熱用于加熱生活熱水，可以極大地提高能源利用效率，相應地可以節(jié)省能源、減少有害氣體的排放量、提高設(shè)備利用率以及提高經(jīng)濟效益。 冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)特別適合用于居民區(qū)、辦公樓、賓館和大型超市等有冷、熱、電同時需求的場合。一種常見的CCHP系統(tǒng)圖 目前，我國使用最多的便是以天然氣為主要燃料，以燃氣輪機為原動機的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。建立模型 運

2、行方式 采用并網(wǎng)不上網(wǎng)的系統(tǒng)模型 系統(tǒng)分析簡化圖建立模型 能量分析圖建立模型 能量分析 燃氣輪機發(fā)電功率計算 根據(jù)燃氣輪發(fā)電機的能量平衡關(guān)系，Q1可以表示為： 由此可求得制冷機的制冷量： 建立模型 經(jīng)過制冷機的煙氣作能量平衡，可求出Q2 由此可求得供熱量 由此三聯(lián)供系統(tǒng)的能量利用效率為（考慮會從市網(wǎng)購電的情況）：建立模型 其中，制冷機和換熱器的熱回收效率定義為從高溫煙氣中吸收的熱量與高溫煙氣相對于環(huán)境溫度所包含的熱能之比：建立模型 火用分析 由能量流程圖可知，天然氣所包含的火用是三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)消耗的總火用，即為Qf，如果考慮從市網(wǎng)購電的可能性，則輸入火用中還有從電網(wǎng)的購電量Pb。 燃氣輪機中產(chǎn)生的

3、電量火用為發(fā)電功率 制冷機輸出的制冷量中的火用為： Tc為輸出冷量工質(zhì)的溫度建立模型 換熱器輸出的生活熱水中的熱火用為： Th為輸出生活熱水的溫度 根據(jù)能流圖，我們可以求出燃氣輪發(fā)電機排出高溫煙氣的火用，吸收式制冷機排出中溫煙氣的火用和換熱器排出低溫煙氣的火用：建立模型 系統(tǒng)各部分的火用損失來自兩個方面，一是泄露和散熱，二是過程的不可逆性。根據(jù)熱力系統(tǒng)的火用平衡關(guān)系，我們可以求得發(fā)電、制冷和供熱3個部分的火用損失： 由此我們可以得到每一部分的火用損失效率：建立模型 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的火用效率： 考慮了從市網(wǎng)購電的可能性。目標函數(shù) 火用經(jīng)濟系數(shù) 火用經(jīng)濟系數(shù)定義為單位輸出火用的資金消耗，相當于系

4、統(tǒng)年投資與總量輸出火用的比值，即單位輸出火用的成本，考慮到機組的復雜性，我們可以得到定義式為：目標函數(shù) 成本計算方程 根據(jù)工程要完成需要的條件，我們可以得到成本計算方程為： 其中： ：固定設(shè)備投資成本 ：工程建設(shè)后每年所需要的 運行費用 ：整個系統(tǒng)各個設(shè)備每年的維護費用 目標函數(shù) 固定設(shè)備投資成本 運行費用方程其中：天然氣的單位消耗計算為：若考慮補燃：目標函數(shù) 維護費用方程 運行收益方程 式中考慮了補燃的情況，補燃的收益為：約束條件決策變量 通過以上的分析，可以得到應該考慮的變量為：燃氣輪機的容量Pse，燃氣輪機的發(fā)電功率，燃氣輪機的出口溫度T1，吸收式制冷機組出口制冷工質(zhì)溫度Tc，換熱器出口熱水的溫度Th。解決方法 目標排序法 線形加權(quán)法 極大極小法 目標規(guī)劃法 分目標乘除法 后續(xù)的工作 采用這種以火用經(jīng)濟系數(shù)最小、投資成本最低、運行收益最高為目標函數(shù)，并建立在火用分析基礎(chǔ)上的模