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

1、當(dāng)今全球能源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，我國(guó)面臨的節(jié)能減排形勢(shì)異常嚴(yán)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(dòng)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(diǎn)，極具發(fā)展?jié)摿?。為此本文主要圍繞小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，多角度深入探索了其在熱力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面的運(yùn)行特性，進(jìn)而提出了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)，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(biāo)間相互矛盾的根源所在，從而為推動(dòng)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(guò)常規(guī)設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)各主要設(shè)備容量予以配置。同時(shí)，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(yùn)行模式下的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和減排特性。并進(jìn)一步研究評(píng)估了設(shè)備容量、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和排放等

3、主要參數(shù)與不同性能指標(biāo)間的敏感度。
　　其次，基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真程序平臺(tái)(Transient System Simulation Program，TRNSYS)設(shè)計(jì)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(jì)及設(shè)備變工況特性建立了綜合能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的多日標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yùn)行參數(shù)。以某養(yǎng)殖場(chǎng)建筑全年冷熱電負(fù)荷數(shù)據(jù)為例完成仿真實(shí)驗(yàn)，分析了優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行情況，同時(shí)對(duì)比了沼氣與

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

5、、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的多目標(biāo)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(biāo)的設(shè)計(jì)方案，從而優(yōu)化了發(fā)電機(jī)組額定功率、儲(chǔ)能裝置容量、電制冷比和機(jī)組最低負(fù)荷率等關(guān)鍵參數(shù)。在此基礎(chǔ)上以節(jié)能率為例，詳細(xì)揭示了各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的內(nèi)在影響，并量化了各目標(biāo)函數(shù)間的相互耦合關(guān)系。
　　同時(shí)，考慮到小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性較差，而儲(chǔ)熱等輔助單元的加入更將加重系統(tǒng)成本負(fù)擔(dān)。鑒于此，在前述含儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，由工程實(shí)際需求出發(fā)

6、，提出了由投資運(yùn)行成本、能源成本和環(huán)境成本構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型。同時(shí)采用遺傳算法求解得到燃機(jī)日逐時(shí)最優(yōu)出力。并以某地辦公建筑夏、冬兩季典型日負(fù)荷為例，詳細(xì)分析了主要單元出力及各經(jīng)濟(jì)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提供了理論依據(jù)。
　　最后，為驗(yàn)證本文所提出的一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與能量管理策略，以山東大學(xué)與濰柴動(dòng)力公司聯(lián)合研發(fā)的新型高效內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組為核心單元，同時(shí)充分考慮可再生能源利用需求，設(shè)計(jì)了一套基于生