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中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用
学术会议论文 编号:091175
复合供能系统优化配置和运行策略研究
1,2 1 1
林 怡 ,张士杰 ,肖云汉
(1. 中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京 100190 ;
2. 中国科学院研究生院,北京 100049 )
(Tel: 010 Email: linyi@)
摘 要:以北京市典型医院为应用对象,研究了由微燃机热电冷联供 (CCHP )和地下水源热泵组成
的复合供能系统在经济最优、以热定电和节能最优三种运行策略下的优化配置规律以及经济、节能、
调峰和采水量节省等性能。研究结果表明,与常规分供方案相比,复合供能系统具有经济、节能与调
峰性能方面的综合优势;与地下水源热泵方案相比,电力调峰性能好,采水量减少38%~55% ;在节能
最优运行策略下,与“联合循环+燃气锅炉+ 电制冷机”模式相比,复合供能系统全年节能率达到11.3%。
关键词:分布式供能系统;复合供能系统;优化配置和运行;节能率
0 引言
[1, 2]
分布式供能系统(CCHP )是新世纪电力工业和能源产业的重要发展方向 。由微
小型燃气轮机及其余热回收制冷制热装置组成的 CCHP 系统是分布式供能系统的重要
组成部分[1] 。但从整体上看,微小燃机CCHP 在我国的发展并不令人满意,主要原因在
于用户的电热需求比与微小燃机的电热比之间存在较大差异:目前我国北方采暖居住建
筑的用能组成中,电热比约为 0.2[2] [3]
;而微小燃机的电热比一般在0.4-1.0 之间 。故要
满足用户对大量低品味热量的需求,常规微小燃机CCHP 系统中往往要增设锅炉或进行
大量的补燃,设备投资、运行费用增加,系统火用效率下降,分布式供能所隐含的“能
量梯级利用”优势大大削弱。
将常规CCHP 与性能系数(COP )高、部分负荷性能好的地下水源热泵组成复合供
能系统,可降低主机电热产出比,缓解CCHP 所发多余电力不能上网的约束,提高系统
运行灵活性,对电网而言调峰性能佳。同时,复合供能系统可减少地下水源热泵地下采
水量,有利于地下水源热泵的推广应用。基于此思路,文献[4]针对由内燃机、吸收式制
冷机和热泵组成的复合供能系统,分别以一次能源节约率和运行成本节约最大为优化目
标,对系统在节能和经济运行策略下的优化配置和运行规律进行了研究。文献[5]推导了
不同联供系统配置方案在不同供能状况下的节能率计算方法。
本文基于上述研究,以北京市典型医院为应用对象,提出了由微燃机CCHP 和地下
水源热泵组成的复合供能系统方案,对其在经济最优、以热定电和节能最优三种运行策
略下的优化配置和运行规律进行了研究,并从经济、节能、调峰和采水量节省等角度与
“电制冷机+燃气锅炉+市电”的常规方案和“地下水源热泵+市电”方案进行了对比。
基金项目:国家高技术研究发展计划课题(2007AA05Z248 和2006AA05Z252 )。
1 复合供能系统结构
图1 为复合供能系统示意图。系统由微燃机、地下水源热泵及吸收式冷温水机组等
设备组成。以天然气为燃料的燃气轮机机组发电用于满足用户侧电负荷需求,电力不足
部分从电网购电补充(根据国内现实情况,规定联供系统不允许上网售电),电力多余
部分可用于驱动地下水源热泵机组;燃气轮机后设置吸收式冷温水机组,利用燃机产生
的高温烟气进行制冷或制热,联合地下水源热泵机组共同满足用户侧冷(热)负荷需求。
图1 微燃机CCHP 和地下水源热泵组成的复合供能系统示意图
2 热力系统优化运行与优化配置
2.1 运行策略
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