發(fā)布時間：2020-07-26 20:11

【摘要】：目前我國能源需求與環(huán)保壓力的矛盾日益突出,提高能源利用率和減少污染氣體排放是解決這一矛盾的有效途徑。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)作為一種新型的能源利用形式,因其能源利用率高、清潔環(huán)保等特點受到廣泛的關注。由于冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能量利用方式的多樣性和轉化過程的復雜性,系統(tǒng)內(nèi)部的缸套水余熱和低溫煙氣余熱等低品位余熱回收力度不夠致使整體的熱力性和經(jīng)濟性下降;系統(tǒng)內(nèi)部的余熱利用方式及相應的熱力性能分析有待繼續(xù)深化研究。因此,本文提出了一種以內(nèi)燃機為動力機的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng),綜合考慮集成方案、動力機功率、余熱溫度、外界環(huán)境因素等對熱力性能變化的影響,對其進行了熱力性能的研究和評價。對冷熱電三聯(lián)供中利用余熱的方式、提升一次能源利用率和余熱利用率等方面提供了參考建議,具有一定的實際應用價值。本文開展的研究如下:(1)提出一種以內(nèi)燃機為動力機的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的運行方案。其中動力子系統(tǒng)為內(nèi)燃機;制冷子系統(tǒng)包括兩個換熱器和單效溴化鋰制冷機,一級加熱器和二級加熱器先后回收內(nèi)燃機的缸套水余熱和煙氣余熱,加熱溴化鋰制冷機的驅動熱源回水;制熱子系統(tǒng)包括兩個換熱器、一個空氣預熱器和空氣源熱泵,在回收缸套水余熱和高溫煙氣余熱的同時也可以回收低溫煙氣余熱,提高余熱利用率。(2)根據(jù)上述的運行方案,構建系統(tǒng)內(nèi)部部件的數(shù)學模型,并利用Aspen Plus模擬軟件對制冷子系統(tǒng)和制熱子系統(tǒng)分別進行物理建模。模擬分析了當內(nèi)燃機從啟動至滿負荷運行時,系統(tǒng)的熱力性能及變化規(guī)律。研究了當功率變化時,系統(tǒng)的余熱利用率、供能量、熱泵性能系數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律。結果表明系統(tǒng)可以實現(xiàn)高品位余熱和低品位余熱的深度回收,在提高系統(tǒng)的供能量、余熱回收率和性能系數(shù)等方面具有明顯的優(yōu)勢。(3)結合上述制冷子系統(tǒng)和制熱子系統(tǒng)的工況結果,對系統(tǒng)不同運行方式下的能量轉換流動過程進行分析,并將傳統(tǒng)的分供系統(tǒng)作為參照系統(tǒng),對本文的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)從熱力性、環(huán)保性和經(jīng)濟性三方面開展評價研究。熱力性評價主要包括系統(tǒng)余熱占比、一次能源利用率、熱電比和冷電比隨功率的變化規(guī)律;環(huán)保性評價選取了CO_2減排率為指標;經(jīng)濟性評價則選取了運行費用節(jié)約率為指標。結果表明,本文提出的以內(nèi)燃機為動力機的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)運行方案在一定負荷區(qū)域內(nèi)具有提高能源利用率、減少CO_2的排放和提高系統(tǒng)經(jīng)濟性等優(yōu)勢。
【學位授予單位】：東北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK01;TK123
【圖文】：

1.1 選題背景及意義能源為社會的發(fā)展提供了基礎，化石燃料為社會的進步提供了動力。隨著我國經(jīng)濟水平的迅速發(fā)展，對能源的需求也日益增加。根據(jù) 2018 年 BP 世界能源統(tǒng)計年鑒所示[1]，2017年世界一次能源消費量總計為 13511.2 百萬噸油當量，其中石油消費量總計為 4621.9 百萬噸，天然氣消費量總計為3156百萬噸，煤炭消費量總計為3731.5百萬噸，占比分別為34.2%、23.4%和 27.6%，石油仍是最主要的燃料，其次是煤炭。中國仍然是世界上最大的能源消費國，占全球能源消費量的 23.2%和全球能源消費增長的 33.6%。能源消費增長 3.1%，連續(xù)17 年成為全球能源消費增量最大的國家。全球一次能源消費量變化如圖 1-1 所示，整體呈逐年上升趨勢。其中 2017 年全球一次能源消費量增長了 2.2%。增速較 2016 年提高 1.2%。持續(xù)增長的能源消費量不僅對能源供應帶來了很大的壓力，同時也造成了巨大的環(huán)境污染問題。圖 1-2 為二氧化碳排放量變化曲線圖，由圖可知，在 2007  2017 年間，二氧化碳排放量呈逐年增加趨勢，當這些氣體排放到空氣中后，對全球的環(huán)境帶來極大的威脅，也影響著人的日�；顒雍蜕眢w健康。因此，如何解決能源供應緊張、緩解環(huán)境污染成為全球研究的熱點。

1.1 選題背景及意義能源為社會的發(fā)展提供了基礎，化石燃料為社會的進步提供了動力。隨著我國經(jīng)濟水平的迅速發(fā)展，對能源的需求也日益增加。根據(jù) 2018 年 BP 世界能源統(tǒng)計年鑒所示[1]，2017年世界一次能源消費量總計為 13511.2 百萬噸油當量，其中石油消費量總計為 4621.9 百萬噸，天然氣消費量總計為3156百萬噸，煤炭消費量總計為3731.5百萬噸，占比分別為34.2%、23.4%和 27.6%，石油仍是最主要的燃料，其次是煤炭。中國仍然是世界上最大的能源消費國，占全球能源消費量的 23.2%和全球能源消費增長的 33.6%。能源消費增長 3.1%，連續(xù)17 年成為全球能源消費增量最大的國家。全球一次能源消費量變化如圖 1-1 所示，整體呈逐年上升趨勢。其中 2017 年全球一次能源消費量增長了 2.2%。增速較 2016 年提高 1.2%。持續(xù)增長的能源消費量不僅對能源供應帶來了很大的壓力，同時也造成了巨大的環(huán)境污染問題。圖 1-2 為二氧化碳排放量變化曲線圖，由圖可知，在 2007  2017 年間，二氧化碳排放量呈逐年增加趨勢，當這些氣體排放到空氣中后，對全球的環(huán)境帶來極大的威脅，也影響著人的日�；顒雍蜕眢w健康。因此，如何解決能源供應緊張、緩解環(huán)境污染成為全球研究的熱點。

是一種將設備安裝在用戶端附近，同時向用戶提供電能、熱能和系統(tǒng)。如圖 1-3 所示，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)將天然氣作為主要燃料，經(jīng)過燃燒的 40%能量轉換成電能，剩下的中低溫能量可通過溴化鋰吸收式熱泵或換回收利用，轉換成熱能或冷能供給熱用戶，能源利用率可達到 80%以上[4-6]點：（1）不需要遠距離輸送，從而減少了建設費用和運輸損失；（2）在能量的總量不變，但是能量的品味發(fā)生了變化，系統(tǒng)中的設備可以利用不行供能或轉化，實現(xiàn)了能量梯級利用，提高了能源利用效率；（3）系統(tǒng)的的需求相結合，規(guī)模偏小，靈活方便，安全性高。除此之外，冷熱電三聯(lián)面也有著顯著的效果。李煒[7]通過研究發(fā)現(xiàn)，針對同一處居民區(qū)，分布式冷統(tǒng)產(chǎn)生的 CO2排放量比傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)小的多，減排率達到 80.245%；Ma現(xiàn)通過應用太陽能的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以在冬天每天減少 2217 kg 的 CO所述，說明冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在緩解供能壓力、提高能源利用效率、減少 具有顯著的優(yōu)勢。近年來，國家也出臺了相應的政策支持冷熱電三聯(lián)供系，結合我國目前的能源情況，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在未來也具有極大地應用。

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