微型CCHP系统性能与节能运行研究毕业论文

2021-11-20 22:43:55

论文总字数：30613字

摘要

②. 设计时间：2020年3月开学至2020年5月30日。

③. 每周进行毕业设计进展总结。

④. 阅读英文文献至少5篇，提交翻译论文1篇。

（三）完成任务的时间节点：

1). 开学3周完成开题报告；

2). 开学6周完成系统部件建模；

3). 开学15周微型燃机CCHP系统性能分析；

4). 开学16周完成论文型式总结结果。

（四）必读参考文献：

[1] Masood Ebrahimi and Ali Keshavarz, Combined Cooling, Heating and Power: Decision-Making, Design and Optimization, Elsevier Ltd., 2015

[2] Shilei Lu, Yuwei Li, Hongwei Xia. Study on the configuration and operation optimization of CCHP coupling multiple energy system, Energy Conversion and Management, Volume 177, 1 December 2018, Pages 773-791

[3] Sayyed Faridoddin Afzali, Vladimir Mahalec, Novel performance curves to determine optimal operation of CCHP systems, Applied Energy, Volume 226, 15 September 2018, Pages 1009-1036

[4] Xue Tian, Shuai Deng, Ligai Kang, Jun Zhao, Qingsong An, Study on heat and power decoupling for CCHP system: Methodology and case study, Applied Thermal Engineering, Volume 142, September 2018, Pages 597-609

[5] Runhua Jiang, Wei Han, Frank G. F. Qin, Jun Sui, Thermodynamic model development, experimental validation and performance analysis of a MW CCHP system integrated with dehumidification system, Energy Conversion and Management, Volume 158, 15 February 2018, Pages 176-185

[6] Lang Wang, Jianfeng Lu, Weilong Wang, Jing Ding, Feasibility Analysis of CCHP System with Thermal Energy Storage Driven by Micro Turbine, Energy Procedia, Volume 105, May 2017, Pages 2396-2402

指导教师签名： 2019年 12月 13 日

系主任签名： 2019年 12 月 25日

院长签名（章）： 2019 年 12月 25日

1、研究目的及意义（含国内外的研究现状分析）

根据《BP世界能源展望》，中国已成为世界上最大的能源消费国，是过去二十年时间里全球能源增长的最重要来源。中国乃至世界的资源短缺问题变得严重，特别是我国的能源消费中，占绝对地位的煤炭消费呈现逐年下降的趋势，国家大力发展天然气和其他新能源的消费。可以预见，我国乃至世界为了应对能源短缺和严重的环境污染问题，天然气、风能、太阳能和地热能等清洁能源和可再生能源将在未来占据越来越多的能源消耗比例。

CCHP(Combined Cooling Heating and Power)系统又称热电冷联产系统，分布式冷热电联产系统是能源综合梯级利用的解决方案，它以小水电、生物能、风能、太阳能、地热能、天然气、垃圾能或工业余热等一切可以产生电或热的资源作为一次能源，将发电系统和供热、供冷系统相结合的小规模、点状分布在用户附近的一种综合供能方式。而作为一种新兴的能源供应方式，CCHP系统具有以下优点：（1）能源供应系统靠近用户侧，可以大大降低传输能耗。（2）回收低温废热发电过程产生的电能，可使综合利用效率达到75%~90%；（3）由于该系统利用清洁能源和当地可再生能源，具有明显的环境效益和多能源互补利用；（4）CCHP系统既可使用户自成一个能源供应系统，又可与大电网并网运行，该系统可以减少对电网的依赖，可以作为集中式电网的补充，以确保供电安全。（5）CCHP系统可以一台独立运行，又可以多台并联运行，可以满足不同功率负荷的用户需求。（6）系统具有相对的独立性、灵活性和安全性。（7）CCHP系统结构紧凑，重量轻，占地面积小，安装方便，维护简单，自动化程度高，运行成本低。因此，开发CCHP系统对于实现能源的可持续利用以及节能降耗的目标具有重要意义。同时，由于三联供在能源转换效率方面所具有的突出优势，它也引起了全世界各国能源领域的关注和深入研究。

（一）.CCHP国内外研究现状以及相关政策

国外政策：

日本：法律规定CCHP建成第一年可享受30%安装成本折旧率或7%免税。总投资40%至70%可享受低息贷款(年利率2.3%) ;日本新能源与工业技术发展组织(NEDO)提供补贴:大型CHP区域供热投资额的15%,上限最多为500万美金;天然气CCHP可享受安装成本的1/3及市政设施投资的50%的补贴;上世纪90年代末修改了电力供应法,打破9家电力公司垄断全国供电市场，私营者可将自行发电出售给电力公司,鼓励CCHP;允许自发电给第三方,壮大了能源服务公司。如Suwa区域的10个能源供应公司，提供冷热电给医院和其他用户。一家公司向Amagasaki的67个用户提供电、蒸汽及冷水;1KW-300kW的小型CCHP应用于住宅及小型商务; 2000个家庭安装了1kWCHP。一些燃气公司按40%折扣将设备售给用户。

美国多数州制订了分布式能源并网、标准和税收鼓励政策;联邦政府在1987年颁布的能源法:电网公司必须收购热电厂的电力，其电价和收购电量以长期合同的形式固定;90年代，又允许独立电厂直供电,电力公司只收相过网费用;2001年“美国能源政策”给予热电10~20%的税收优惠和简便的审批程序建议。近几年能源部资助了10多个有关热电联产方面的科研项目。联邦能源委员会已发布小型发电机互联标准1支持分布式能源CHP发展的优惠政策主要集中在以下三点:1)给予分布式能源项目减免部分投资税;2)缩短分布式能源项目资产的折旧年限；3)使分布式能源项目获得经营许可证的程序简单化。

国内政策：冷热电三联供是分布式能源的一种，具有节约能源、改善环境，增加电力供应等综合效益，是城市治理大气污染和提高能源综合利用率的必要手段之一，符合国家可持续发展战略。1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》第三十九条就明确指出 “国家鼓励发展下列通用节能技术：发展热能梯级利用技术，热、电，冷联产技术，提高热能综合利用率”。 2004年9月，国家发改委颁布《国家发展改革委关于分布式能源系统有关问题的报告》，支持小型分布能源系统发展，促进我国分布式能源系统的发展。2006年国家发展改革委会同财政部、建设部等有关部门编制了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》，明确提出“建设分布式热电联产和热电冷联供；研究并完善有关天然气分布式热电联产的标准和政策”。

（二）.国内外研究现状

国外研究现状：以Smith为首提出一种使系统具有更高的能源使用效率的综合FEL、 FTL的混合运行方式。Sepehr等人提出CCHP优化系统的两种新目标函数:一是相对净现有价值(RNPWB)或相对净未来价值(RNFWB),二是火用效率,采用多目标遗传算法和多维偏好分析的线性规划法（LINMAP)求解得到最优结果。Mohammad等人提出了相对等值统一年收益(REUAB)作为经济性评价指标。Ahmed等为区域分布式能源系统的最佳选址与配置设计优化模型,使用分时段动态最优能流设计，实现了不同的运行策略。Fu等人采用粒子群优化算法(PSD)研究了除以热定电和以电定热模式以外的确定发电机的产出的最佳运行策略。Luo等人对CCHP系统微网能量管理提出了包含经济调度(EDS)和实时调整(RTAS)的两阶段的协调控制方法,建立了以最小运行费用为目标, 得到更好运行效果，以MPC经济调度模型为基础的分时段调整的优化模型。Li等分析得出天然气价格对引入空调系统和储热罐的CCHP系统的影响。 Liu等建立了一种CCHP系统得到最优的能流分配和运行策略和最佳的设备容量的矩阵模型。

国内研究现状：田喆教授等人提出了将CCHP系统日负荷曲线分为谷、平、峰三个时段,以一次能源消耗、运行费用和一次能源消耗费用加权后的综合目标最小为目标在三个时段分别建立不同优化模型,并将三个时段进行比较。李淼等人研究了酒店、办公楼和住宅的负荷特征和区域CCHP系统原动机容量与混合比之间的最佳相关性以及不同指标下(经济性、节能性、减排性)的最佳混合比及相应的原动机可行的容量范围。曾荣等人对标准遗传算法进行改进,提出一种多种群遗传算法(MPGA) 。郑旭月等人利用GAMS建立了以初始年总费用最低为目标的混合整数非线性规划模型,并且分析了不同类型的供能技术的最优整合和优化运行策略。郑卫东提出一种“改进的混合运行”方式进行建模,采取最大矩影面积法确定决策变量的范围,用遗传算法进行求解。韩鑫提出采用多目标二层规划算法, 以系统年运行维护费用（AOMC）为目标函数以各设备运行负荷率为决策变量，对系统的调度运行进行优化。胡洋研究面向泛在物联的在分布式发电系统“聚合服务商”运营模式在现有“统购统销”模式基础上，进一步发挥了分布式能源系统的集群优势，提高了系统综合效益。

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