论文部分内容阅读
随着人类社会工业化与现代化进程的不断推进,资源短缺、环境污染等全球性问题愈演愈烈。传统的能源生产与供应方式过度依赖煤炭和石油能源,具有能源利用效率低、污染物排放严重的特点。微能源网作为一种多能耦合利用的智能能源局域网,为目前的全球能源危机提供了一种很好的解决方案。微能源网系统中,风、光、电、天然气等各类能源多能互补,系统中流通的可再生能源比例较高,并且可以高效地利用天然气等清洁能源,实现了供给侧可再生能源与清洁化石能源的互补。论文首先解析了微能源网系统的基本概念与发展趋势,以济南市某工业园区的微能源网系统为对象,分析了园区的能源系统架构,运用热力学理论对园区采暖与制冷的能耗负荷指标进行计算与分析,得到负荷特性结果。园区的主要负荷分为电负荷、冬季热负荷和夏季冷负荷,现有能源利用种类包括太阳能、风能、公共电网电能和集中供暖热能。由于园区内太阳能发电系统和风力发电系统的装机容量较低,因此该园区的电能供给仍过度依赖于公共电网,导致园区对停电事故的应对能力较差,用电安全性较低:此外,园区所利用的公共电网电能均来源于燃煤火电。因此,增大清洁能源利用占比、减少公共电网的电力消费对园区实现节能减排、提高用电安全性都非常重要。此外,园区的热能供给完全来自市政集中供暖。虽然集中供暖具有统—收费、统一开关的特点,但是时间灵活性差。时间可控性是提高供暖过程中热能利用效率的关键。而且园区所在地的供暖热源均来自于燃煤热力,与燃煤火电一样给当地的空气质量带来巨大压力。合理发挥天然气的优势来解决园区目前在能源结构、污染排放等方面所存在的问题是本文优化设计的方向。溴化锂吸收式冷热水机组是一种以热能为驱动动力进行制冷(制热)运行的设备,其优点在于可以利用低品位热能、有效提高系统的经济性。因此,溴化锂吸收式冷热水机组是天然气燃烧发电的最佳余热回收利用设备。本文以多能互补、节能减排为设计思想,遵循“梯级利用”以及“以热定电”的设计原则,提出三种基于燃气轮机与不同类别溴化锂吸收式冷热水机组耦合运行的系统优化设计方案。方案一为一台燃气轮机与一台直燃型溴化锂吸收式冷热水机组组合运行;方案二为两台燃气轮机与两台烟气型溴化锂吸收式冷热水机组组合运行;方案三为一台燃气轮机、一台燃气余热锅炉、一台蒸汽型溴化锂吸收式冷热水机组与汽水换热器组合运行。本文通过经济数学模型与热力学计算相结合,对三种优化方案的经济效益进行计算评价;并结合热力学计算与Simapro软件中的ReCiPe中间点模型,运用线性权重法对三种方案的环境效益进行综合评价。并对优化方案的经济与环境效益规律进行探究。结果表明,三种方案的年运行成本分别为633.8万元、1257.1万元、473.1万元,年收入预算分别为710.7万元、1207.0万元、561.2万元。方案一和方案三的投资回收期分别为1 1年和10.2年,方案二无法收回成本。三种方案对包括SO2、NOx和粉尘在内的大气污染物的综合减排率分别为77.43%、73.64%和79.92%。研究发现,针对园区的负荷特性,通过添加燃气轮机与溴化锂耦合机组对天然气进行梯级利用,可以产生良好的经济效益与环境效益。按照“以热定电”的设计原则,优化方案完全满足园区的冷热负荷后,若继续增加机组的发电功率,会导致系统的年净收益与大气污染物综合减排率同时降低。该研究对于微能源网系统的经济环境效益评价以及设计优化来说,具有重要参考价值。