分布式冷热电联产系统的集成建模与优化设计

wanghongmao

摘要：本文首先从系统工程的观点对分布式冷热电联产系统的超结构进行了分析，从整体上将联产系统分为外部能源供应子系统、能量转换子系统和能量利用子系统三个子系统。基于能量系统三环节模型和对能量系统中流的认识，建立了分布式冷热电联产系统的静态结构模型(组元和流对象模型)和动态结构模型(流结构模型)。在集成建模基础上，提出了分布式冷热电联产系统优化设计的基本思想和主要任务。 提出了从多角度对分布式冷热电联产系统进行综合评价的方法。基于对联产系统多组元设备和多参考结构的认识，分别从局部和整体的角度对分布式冷热电联产系统进行了评价，并提出了相关的评价指标，给出了相关的分析结论和建议。在获得能源用户典型的能源需求前提下，分布式冷热电联产系统的优化设计应该考虑两个层面的优化：设计层面和运行层面(基于典型日负荷工况)。以此提出了联产系统优化设计的层次分解方法，即在不同的层面对不同的决策变量分别优化，通过两个层面之间的数据传递和逻辑关系最终完成系统的优化设计方案。 基于给定的联产系统拓扑结构和典型日负荷工况，建立了联产系统运行层面的多目标混合整数非线性规划模型，该模型同时考虑了蓄冷、蓄热和燃机进气冷却多种负荷平衡装置，并给出了相应的求解策略。结合一个联产系统项目，对系统在能源、经济和环境多目标条件下的优化运行策略进行了研究，并对蓄能和进气冷却在联产系统中的实际负荷调节能力进行了分析。 在优化设计层面，提出了专家经验和数学规划相结合的优化设计实施策略。建立了联产系统优化设计的多目标规划模型。结合一个实际的能源用户、能源价格、气象参数等外部条件，对燃气轮机联产系统在能源、经济和环境多目标条件下的优化设计方案进行了研究，分析了不同单目标权值组合下的优化方案，分析了分时电价和蓄冷装置在优化方案下对寿命周期内能源、经济和环境数据的影响。进一步考虑了燃气内燃机的优化设计方案，并与燃气轮机优化方案进行了比较，给出了相关结论。 分析了分布式冷热电联产系统中的不确定性因素，建立了在不确定能量需求条件下的优化设计模型，并给出了相应的求解策略。结合一具体实例对不确定能量需求下的优化设计方案进行了分析。

关键字：分布式,冷热电联产,联产系统,集成建模,优化设计方案,系统优化设计,静态结构模型,能源,子系统,优化方案,能量需求,多目标规划模型,燃气轮机,求解策略,能量系统,燃机进气冷却,负荷工况,优化运行策略,优化设计模型,线性规划模型
文摘………………
英文文摘………………
论文说明：主要符号表………………
华南理工大学学位论文原创性声明及版权使用授权书………………
第一章绪论………………
1.1研究背景………………
1.1.1我国能源、环境问题日益凸现………………
1.1.2天然气在我国应用前景看好………………
1.1.3分布式冷热电联产是天然气高效利用的优化选择………………
1.2问题的提出………………
1.2.1冷热电联产的历史与发展现状………………
1.2.2分布式冷热电联产面临的问题………………
1.2.3问题提出………………
1.3文献综述………………
1.3.1冷热电联产系统的建模………………
1.3.2冷热电联产系统的评价
1.3.3冷热电联产系统的优化
1.4本文研究目标和内容
第二章分布式冷热电联产系统的结构描述及集成建模研究
2.1分布式冷热电联产系统的物理结构
2.1.1分布式冷热电联产系统的超结构
2.1.2流对象模型
2.2分布式冷热电联产系统的流结构模型
2.2.1物流结构模型
2.2.2能流结构模型
2.2.3备件流结构模型
2.2.4人件流结构模型
2.2.5资金流结构模型
2.2.6信息流结构模型
2.3分布式冷热电联产系统的功能层次模型
2.4分布式冷热电联产系统设计层面建模研究
2.4.1分布式冷热电联产系统优化设计主要任务
2.4.2外部能源供应子系统
2.4.3能量转换子系统
2.4.4能量利用子系统
2.5本章小结
第三章联产系统组元模型
3.1燃气轮机
3.1.1设计工况模型
3.1.2静态变工况模型
3.1.3投资与维护费用
3.2燃气内燃机
3.2.1设计工况与静态变工况模型
3.2.2投资与维护费用
3.3微燃机
3.3.1设计工况性能
3.3.2静态变工况性能
3.3.3投资与维护费用
3.4余热锅炉
3.4.1设计工况模型
3.4.2静态变工况模型
3.4.3设备投资计算
3.5汽轮机
3.6制冷机
3.6.1压缩制冷机
3.6.2吸收制冷机
3.7蓄能装置
3.8冷却塔与泵
3.9进气冷却装置
3.10本章小结
第四章分布式冷热电联产系统的评价分析
4.1能源、经济和环境的评价方法
4.1.1经济评价指标
4.1.2能源利用效率评价指标
4.1.3环境减排评价方法
4.1.4能源、经济和环境评价指标的综合
4.2联产系统各单元设备的评价与分析
4.2.1原动机评价
4.2.2余热锅炉性能评价
4.2.3制冷机评价
4.2.4进气冷却与蓄能装置评价
4.3几种典型燃机联产系统的评价与分析
4.3.1蒸汽回注对燃机性能的影响
4.3.2三种燃气轮机循环方式比较
4.4本章小结
第五章分布式冷热电联产系统优化设计
5.1优化设计的层次分解方法
5.2典型日工况下联产系统运行优化研究
5.2.1单目标条件下的运行优化模型
5.2.2多目标条件下的运行优化模型
5.2.3求解方法分析
5.2.4优化运行层面实例分析
5.3分布式冷热电联产系统的优化设计
5.3.1优化设计的实施策略
5.3.2年度化成本为目标函数的设计优化模型
5.3.3多目标条件下的设计优化模型
5.4不确定性能量需求下联产系统优化设计
5.4.1联产系统中的不确定性因素分析
5.4.2不确定性能量需求下的优化设计研究
5.5本章小结
第六章优化设计实例分析
6.1优化基本前提
6.2确定性条件下的联产系统优化设计
6.2.1基于燃气轮机冷热电联产系统的优化设计
6.2.2基于燃气内燃机联产系统的优化设计
6.3不确定性能量需求下的系统优化设计
6.4本章小结
结论和展望
参考文献
攻读学位期间发表的相关学术论文及参与的项目
致谢


冷热电联产系统,集成建模,多负荷平衡,分时电价