生物质气化式冷热电联供系统优化配置研究.doc
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1、生物质气化式冷热电联供系统优化配置研究摘要:如今高能源利用率的冷热电联供系统与可再生能源生物质的集成优势日趋明显,具有很大的研究价值。本研究采用生物质气化式冷热电联供系统实现对办公楼的冷热电供应。利用DeST软件计算建筑全年逐时冷热负荷,并根据电气设备参数计算出全年逐时电负荷针对研究系统,制定了三种运行策略:“以热定电”、“以电定热”及“混合模式”,利用Excel应用进行性能参数的求解,并采用单一因素分析法从经济、能耗和排放三方面对不同运行模式的性能进行比较。进一步探明系统运行策略与综合性能的关系,揭示该系统的高效运行机理。1生物质气化式冷热电联供系统的工作原理生物质原料在生物质气化装置中气化
2、后,用净化装置过滤出高温可燃气体,将纯生物质燃气送入内燃机发电,给建筑物供电。内燃机发电产生的高温烟气仍具有超高温度,将高温烟气通过余热回收装置回收,回收后的热量分别与换热器和制冷机组相连,给建筑物提供冷量或者热量。在该系统中,可以根据冷、热、电负荷,适当从电网购买电,或从以生物质为原料的补燃锅炉获得热量。2建筑动态负荷模拟计算以德州市某办公楼作为冷热电联供系统的应用对象,用整套生物质冷热电联供系统满足办公楼日常的冷、热、电需求。利用DeST软件进行建模,将建筑二维CAD图形转变成三维立体图形,并通过相关参数的设置,进行全年分时冷热电负荷的模拟计算如图1,2,3。2.1工程概况该建筑总共7层,
3、首层层高3.9m,从二层到顶层层高均为3.6m。办公楼是底部三层有两侧每层大约516.96m2的空间,底部三层总面积为5301.4248m2,上部四层总面积为5000.7264m2。整栋办公大楼10300.151m2。2.2冷热电逐时负荷模拟计算利用DeST软件进行负荷的模拟,电负荷是根据照明开关时间及照明设备额定功率、设备逐时使用率及依照国家公共建筑节能设计标准中规定的用电指标等计算求得。特别指出,这部分电负荷只包括了建筑负荷,并不包括冷热源确定以后的系统负荷。该建筑的模拟数据结果如表1:由表可得系统最大热负荷为662.033kW,最大冷负荷为1320.672kW,最大电负荷为196.061
4、kW。3系统不同运行模式的性能研究3.1系统各运行模式生物质气化式冷热电联供系统的运行策略包括各设备启停、部分负荷率和各时刻负荷分配。根据热电联产的原理,系统运行策略可分为三种类型:以热定电、以电定热和混合模式,它们各自的特点如下:1)以热定电(FTL):在此模式下,系统优先考虑建筑物的冷热负荷,即在一定的热电比下,系统的输出电量由建筑冷热负荷决定。当系统发电量不足时,从国家电网购买补充;当系统产生的电量过剩时,可以将其传输到公用电网以供其他用户或增设蓄电池存储使用。2)以电定热(FEL):在此模式下,系统优先考虑建筑电负荷的需求,就能量而言,电能比热能等级更高、更有价值。当系统输出热量不足时
5、,可由补燃锅炉补充;当系统输出冷热量过大时,若直接排掉,会造成资源浪费。可以利用蓄热器贮存剩余热量,利用小型燃气锅炉作为调峰锅炉,以应对供热高峰。3)混合模式(FHL):在此模式下,“以热定电”和“以电定热”两种模式交替运行,每个时刻的具体运行模式取决于建筑物的冷热需求、分时电价等因素。3.2系统各运行模式性能的数学描述4系统各运行模式的性能计算结果及分析4.1系统各运行模式性能的参数求解4.2系统各运行模式的性能计算结果及分析1)系统经济分析在生物质气化式冷热电联供系统中,年度总费用(ATC)用来评估系统发电的经济效益。系统经济成本只要考虑两部分:一部分是系统运行成本,另一部分是系统设备成本
6、。系统设备的额定容量主要决定系统的初始投资,而系统的运行模式主要影响系统运行成本,包括生物质原料购买费用以及电网购电费用两部分。不同运行模式下系统总投资成本的计算结果如表2:不同的系统具有不同的特点,为了更好地进行综合性能的研究,引入分供系统和联供系统进行比较。分供系统就是直接利用简单的设备,满足建筑冷、热、电负荷。分供系统中,天然气锅炉负责供热,电制冷设备负责供冷,而建筑电负荷则通过国家电网购买。“分供模式”中,系统总投资成本ATC达到了178.733万元,其中系统设备成本共花费15.222元,占系统总经济成本的9,而系统运行成本共花费163.551万元,其中天然气成本占10,电网购电成本占
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