小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多目標優(yōu)化設(shè)計與能量管理策略研究.pdf

1、當今全球能源短缺和環(huán)境污染日趨嚴重，我國面臨的節(jié)能減排形勢異常嚴峻，大力推廣分布式能源發(fā)展已刻不容緩。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以其節(jié)能、高效和環(huán)保等諸多優(yōu)良特性而備受各界關(guān)注。其中以小功率動力設(shè)備為核心的家用或小型商用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)日漸興起，逐步成為新的研究熱點，極具發(fā)展?jié)摿Α榇吮疚闹饕獓@小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，多角度深入探索了其在熱力性、經(jīng)濟性和環(huán)保性等方面的運行特性，進而提出了一系列優(yōu)化設(shè)計方法與高效能量管理策略，有效提升了系統(tǒng)綜合性能。與此

2、同時，深刻揭示了冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)內(nèi)部能量耦合關(guān)系，并闡述了各不同性能指標間相互矛盾的根源所在，從而為推動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展構(gòu)建了一套較完整的理論體系。
　　首先，闡述了基本冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與能量流程變化規(guī)律，并通過常規(guī)設(shè)計方法對系統(tǒng)各主要設(shè)備容量予以配置。同時，以傳統(tǒng)分供系統(tǒng)為參照，深入分析了基本冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在“以電定熱”和“以熱定電”兩種常規(guī)運行模式下的節(jié)能、經(jīng)濟和減排特性。并進一步研究評估了設(shè)備容量、技術(shù)、經(jīng)濟和排放等

3、主要參數(shù)與不同性能指標間的敏感度。
　　其次，基于動態(tài)系統(tǒng)仿真程序平臺(Transient System Simulation Program，TRNSYS)設(shè)計了一種采用混合制冷模式的小型生物質(zhì)沼氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，并計及設(shè)備變工況特性建立了綜合能源、經(jīng)濟和環(huán)境效益的多日標優(yōu)化設(shè)計模型，采用帶約束因子的粒子群算法求解了優(yōu)化設(shè)備容量和運行參數(shù)。以某養(yǎng)殖場建筑全年冷熱電負荷數(shù)據(jù)為例完成仿真實驗，分析了優(yōu)化系統(tǒng)運行情況，同時對比了沼氣與

4、天然氣聯(lián)供系統(tǒng)的性能差別。
　　再次，進一步提出了計及節(jié)能率最大化與能耗成本最小化的優(yōu)化運行模型。并基于TRNSYS與Matlab構(gòu)成的聯(lián)合仿真平臺引入快速非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)求解得到多組不同運行參數(shù)組合下的優(yōu)化運行策略。通過仿真實驗全面分析了系統(tǒng)在優(yōu)化策略下的運行特性，進一步揭示了各優(yōu)化目標之間的耦合關(guān)系，驗證了所提出方法的有效性和可行性。
　　然后，以含儲能裝置的小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)為研究對象，建直了計及能源

5、、經(jīng)濟和環(huán)境效益的多目標模型，并采用NSGA-Ⅱ算法求解獲得了多組偏重于不同性能目標的設(shè)計方案，從而優(yōu)化了發(fā)電機組額定功率、儲能裝置容量、電制冷比和機組最低負荷率等關(guān)鍵參數(shù)。在此基礎(chǔ)上以節(jié)能率為例，詳細揭示了各設(shè)計參數(shù)對系統(tǒng)性能的內(nèi)在影響，并量化了各目標函數(shù)間的相互耦合關(guān)系。
　　同時，考慮到小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟性較差，而儲熱等輔助單元的加入更將加重系統(tǒng)成本負擔。鑒于此，在前述含儲能的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，由工程實際需求出發(fā)

6、，提出了由投資運行成本、能源成本和環(huán)境成本構(gòu)成的經(jīng)濟優(yōu)化模型。同時采用遺傳算法求解得到燃機日逐時最優(yōu)出力。并以某地辦公建筑夏、冬兩季典型日負荷為例，詳細分析了主要單元出力及各經(jīng)濟成本的變化情況。所得結(jié)果為有效改善小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行經(jīng)濟性提供了理論依據(jù)。
　　最后，為驗證本文所提出的一系列優(yōu)化設(shè)計方法與能量管理策略，以山東大學與濰柴動力公司聯(lián)合研發(fā)的新型高效內(nèi)燃發(fā)電機組為核心單元，同時充分考慮可再生能源利用需求，設(shè)計了一套基于生