2022年热电冷联产系统建模与优化分析研究 .pdf

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1、1 / 6 热电冷联产系统建模与优化研究韦彬贵柳州职业技术学院广西柳州 545006）中图分类号： TM611 文献标识码： B摘要：使用热电冷联产系统是降低能量消耗，提高能量综合利用率的有效方法。本文针对热电冷联产系统的工作原理进行的深入的研究，并对该系统的常用优化方法、策略进行了对比介绍，提出了实现热电冷联产系统技术最优运行模型。对热电冷联产系统中的脱机过程和联机过程的分别进行了优化研究，给出的优化的基本思路。最后对热电冷联产系统的优化过程进行了详细描述，通过对系统模型的主要参数、工作过程进行建模，并通过相互之间的约束关系分析，得到了模型的优化结果。关键词 : 热冷电联产系统，建模，制冷，

2、优化，参数Research of modeling and optimized to the Combined Cooling Heating and Power System WeiBinGui LiuZhou Vocational&Technical college, LiuZhou 545006 ）Abstract: It is the efficiency ways to reduce the energy consumption and raise the energy synthesis use factor with the combined cooling heating an

3、d power system. This paper has carried the thorough research to the combined cooling heating and power systemworking principle. And describes the system commonly optimized method and strategy. Based on that, hasproposed the optimized model to the combined cooling heating and power system. Has conduc

4、ted the optimized research to the combined cooling heating and power system. Off-line process and on-line process distinction, gives optimized basic mentality. Finally has carried on the detailed description to the combined cooling heating and power system optimal process, after modeling to the syst

5、em model main parameter, the work process, and the restraint relationship analysis, obtained the model optimized result. Keyword: the combined cooling heating and power system。 modelling, cooling 。 optimization, parameter 1前言随着经济的发展，人们对能源的消耗也越来越多，近年来，大量的研究表明能源的消耗与环境的恶化有着直接的联系。因为在日常使用的能源中，清洁能源只占很小的一部

6、分，大部分的能源在制造和传输过程中都可能对环境带来污染。为了提高能源的利用率，降低对环境的破坏，同时也为了提高经济的效益，很多学者在能源的循环利用、合理分配等方面开展了大量的研究。从目前的研究情况来分析，热电冷联产和电力网的一体化将会在未来的电力系统结构中占据重要地位。微型燃油汽轮机，光电发生器，燃料电池系统以及任何一种发电厂都可以做到热电冷联产。热电冷联产系统能够提高人们对能源的利用率，减少人们对能源的需求，从而实现对环境的保护。因此，对热电冷联产系统的工作原理开展研究，对热电冷联产系统的工作过程进行优化，提高热电冷联产系统的工作效率具有十分明显的现实意义。精选学习资料 - - - - -

7、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页2 / 6 2热电冷联产系统设计原理对各种热电冷联产系统的能量监控方法有很多，例如，在只进行热电联产。在本研究中使用的TOOCS 模型，以蓄热水池代替储电单元，并且包含一个吸收式冷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页3 / 6 冻机，之所以采用这个模型，其重要性和原因在于：首先，由于系统中已含有一个公用电网，所以无需储电；其次，由于储电单元比大多数的储热单元的费用要贵，所以对于大规模的系统而言，增加资金投入尚可实现，但是对于独立的系统，一定要

8、极有实力才能扩大投资。3热电冷联产系统设计过程中优化方法本系统规模较小，包含三种类型的能量流：电能，热能，冷却，并且假设本系统已经与电力网相连接，对于其管理策略，仅从生产者的角度予以考虑。使用者有两种：一种是可以购买本系统所产全部电力的电力网，另一种则是局部负荷，局部负荷常被认为是局部邻域，可以购买其所需要的电能，热能和冷却。本系统要首先满足局部邻域的需要，当然，电网应该对所有供电储备进行补给，储电设备内部需要的电力可以忽略不计，内部需要的热力由内部本身提供。本系统中，热电冷联产的各个组件如活塞式发动机，涡轮机，微型燃气轮机，光电发生器，燃料电池系统等，可以替代CHP 热电联产）系统，原因是能

9、量流的类型，尽管本系统可以有其他类型的CHP 系统，但本文所指的CHP 是一种把活塞式发动机和一个可以同时生产电力及热水的发电机连接在一起的系统。本文设定组成CHP 系统的所有管道，以及蓄热水池都经过高度曝晒，但是这些曝晒并未给CHP 带来额外的热量。优化运行的要点在于实现科技经济化的运行。优化运行之所以很重要，是因为我们需要降低投资，节省资金，时间，燃料和环境资源，并且获得更多的效益和舒适度。优化运行的方法有两种：脱机优化运行方法和联机优化运行方法。在脱机优化运行方法中，要预先设定一个负荷曲线图，这个图中记录的是年度中每一天系统操作前的相等时段的负荷量。该系统必须根据事先优化的明确的程序进行

10、操作。如果使用的系统比较简单，并且仅根据一个计划好的程序时间表，那么得到的负荷曲线图就非常准确，此时就可以并且应该考虑这个方法。如果是在复杂的系统中，如系统中含有无法预知的负荷，那么负荷曲线图就比较随机，此时考虑负荷曲线图的精确性，就应该采取其他方法。在联机优化运行方法中，负荷曲线图没有被限定，所以下一刻的负荷质量是无法预知的。因此，就需要测定系统运作中的负荷，理论上应该测定每时每刻的负荷，但实际操作时只能测定每个特定的较短的时短的负荷。这种负荷存在于大多数复杂的系统中。这种方法需要先进的控制硬件和软件。系统在测定快速的负荷时要有快速的反应，但是由于系统含有非电力 加热，制冷）的部件，其热力学

11、性质限制了系统的反应速度。这是联机优化运行方法的最主要的局限性问题，应该进行权衡。在本文采用脱机方法，从而每天都对TOOCS 脱机模型分成 24个时段进行优化。该模型优化了 CHCP 系统中的能量流，这个非线性模型主要用于并联型热电冷联产系统，当然，它也可以用于只有一些小型号的单机系统。由于电负荷，热负荷，冷负荷的变化性和不一致性，以及售出和购入能源的不同价格，有必要认真思考应该采用哪种能源资源来供给每个时段的负荷，从而把售出过剩能量获得的日常总收益最大化。如果在较好规模的热电冷联产的电厂里，没有一个优化运行的策略，那么工厂的总体效率将下降，因此，资金和能源都将会被浪费。优化运行是CHCP 系

12、统中能源管理的重要部分。4 热电冷联产系统的优化过程热电冷联产系统模型的优化目标是测定热电联产系统中每个时段的能量流，从而实现所有的负荷需求，把总的日均收益最大化。本模型中使用了能量流的多费率表。事实上，由于本模型比较成熟，所以它可以极大程度的减少再生热的流失。对优化过程进行建模和分析过程涉及的主要符号及含义如下：Z 表示总收入，qk 表示在时间段k 内出售的能量， Xi,k 表示在k 的时间段中阶段i 的热量，表示栅极接线在i=5 ，9 时的能量转精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页4 / 6 换为电力的系数，Ci

13、为时间段i 中制冷消耗的能量，DE 是能量消耗，DC是能量消耗的成本， IPCC 整个需要的电费成本，pi 表示时间段i 中购买的电量，LMC为负载管理成本，为贮热槽的充电转换系数。为贮槽的放电效率。R2 为热储存充电速率，为每个时间段的持续时间，为达到时间段的热能储存，为贮热槽的初始热能存储，为贮热槽的损耗系数，为贮热槽的最小热能储存，为贮热槽的常规容量。为时间段k 时的电能需求，为功率因数，为热电联产系统的最小电力生产值，为热电联产系统的最大电力生产值，为热电联产系统转化热能为电能的最小比率，为热电联产系统转化热能为电能的最大比率，为辅助过滤的最小产热值，为辅助锅炉的最大产热值，为吸收式冷

14、冻机的最小制冷量，吸收式冷冻机的最大制冷量，为时间段k 时的制冷需求。出售无功电力给局部网的收入为，从电网购买电力时的回避成本或者出售 电 力 给 电 力 负 载 的 收 入 为， 出 售 无 功 电 力 给 电 力 负 载 的 收 入，出售热气给热负荷的收入为，满足冷负荷的收入为，需要的电费成本为，内部电力消耗成本为，从电网购买电力的成本为，从电网购买无效电力的成本为，使用热电联产系统发电的成本为，回收热电联产系统 余 热 的 成 本 为， 使 用 辅 助 锅 炉 发 热 的 成 本 为，使用吸收式冷冻机制冷的成本为，储 存热量和传 送热量的成本 为，负荷管理的成本为。分析了热电冷联产系统模

15、型各主要参数的表示形式后，将对这些参数之间的约束关系进行分析。建立约束关系时，主要需从以下几个方面考虑：能量生产部件中应考虑所有的生产界限；热能储备的局限，以及从热能储备罐中提取热能的局限是不可避免的；必须考虑热电比，且各种能源需求必须包括在内；如果电负荷低于CHP 最小能量输出，而且电力的价格也很低，热电联产系统的组件必须关闭；如果热负荷低于锅炉的最小热能输出，而且不需要制冷时，辅助锅炉组件必须关闭；根据这些约束关系，建立了如下关系式：且，式中，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页5 / 6 如果,那么如果，那么如果

16、，那么如果并且那么如果，那么如果那么本模型一个最主要的目的是尽可能的减少热损失，内部目的是增加贮热水箱的规则。事实上，发电机产生电力的最低限度是由发电机的型号和规模决定的特别数值。本模型为发电机提供了一个生产限度：COL COH，并且忽略那些低于最小水平的产电数量，将这些数量值设置为零关掉热电联产系统。）本文假设中心电站拥有足够的能力去购买该模型所判定的过剩电力。栅极接线装置的约束被看作是他们的总效率 的建模及仿真研究J.能源研究与管理 .2018,18(04:34-36 。3 张会生 ,刘永文 ,苏明等 .高温燃料电池 燃气轮机混合发电系统性能分析J.热能动力工程.2002,17(3:11-

17、14,105 4 皇甫艺 ,吴静怡,王如竹.冷热电联产CCHP 综合评价模型的研究J.工程热物理学精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页6 / 6 报.2005,.26(S1增刊:13-16。5 孔祥强 ,杨前明 ,李瑛 .天然气驱动小型分布式冷热电三联供系统效益分析A.2005年山东省制冷空调学术年会论文集C.2005:79-82,89 6 秦朝葵,李伟奇,谢卫华.微 燃机天然气冷热电三联供系统热力学分析J. 天然气工业.2008,28(1:137-139,184 7 杨晚生 ,郭开华 .微型燃气轮机冷热电联供系统的能

18、耗特性分析J. 太原理工大学学报.2018,41(01:87-90 8 张雪梅 ,胡小坚 ,李伟奇 .微型燃气轮机分布式能源系统动态能耗分析与优化应用J.热力发电.2018,39(01:1-5 9 李胜 ,吴静怡 ,王如竹 .冷热电联供系统的研究热点概述J.制冷与空调 .2008,8(06:1-9 10贾明生 ,凌长明 .热电冷联产系统的几种主要评价模型分析J.制冷与空调 .2004,4(04:34-38 11孙建国 ,冯志兵 .冷热电联产系统的发展及前景J.燃气轮机技术.2006,19(02:11-17,43 12蒋毅 ,任禾盛 ,刘宝兴 .微型燃气轮机冷热电联供系统的热经济性分析J.上海理工大学学报.2004,26(05:485-489 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页