基于压缩空气储能调控的冷热电联供系统特性研究

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在碳达峰、碳中和的能源发展格局下,冷热电联供(CCHP)技术因其对能源的综合利用特性,有效提高了一次能源利用率,达到节能减排的效果而被广泛关注。但因为用户负荷需求会随时间变动,传统冷热电联供系统大部分时间将处于非设计工况下运行,导致系统的能源利用效率降低。而将储能系统与冷热电联供系统集成,将有效减少冷热电联供系统原动机的非设计工况运行时间,提高冷热电联供系统性能。因此,本文提出了一种基于压缩空气储能(CAES)调控的新型冷热电联供系统。首先建立了该系统的热力学模型,然后进行热力学性能分析,最后再对该系统进行配置优化。基于热力学定律和能量的梯级利用原则,将传统冷热电联供系统同时与压缩空气储能和蓄热系统集成,提出一种基于压缩空气储能调控的新型冷热电联供系统,描述了该系统的具体工作流程,并建立了该新型集成系统的热力学模型。该热力学模型包括系统的燃气轮机原动机、溴化锂吸收式制冷机、压缩空气储能系统、蓄热系统和换热器等子部件,其中系统燃气轮机原动机的燃料为天然气。在给定的充、放电工作条件下,对该新型冷热电联供集成系统进行热力学性能分析,得出了该集成系统的冷热电输出分别为1452194 kJ、243004.6 kJ和566670 kJ,CAES系统功转换效率、(火用)效率、一次能源率和一次节能率分别为57.41%、28.19%、88.06%和26.61%,并对压气机压缩比、透平进气口压力和加热透平进气口的烟气质量流量这三个影响系统性能的参数进行敏感性分析。为了比较新型系统与传统系统的性能,文中应用广州某办公楼夏季典型日的冷热电负荷分布数据,对上述两者在该负荷分布下的运行性能进行分析,得出新型CCHP系统的(火用)效率、一次能源率和一次节能率分别高于传统系统7.58%、10.97%和18.15%。应用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),以日成本和二氧化碳日排放量为目标函数,对集成压缩空气储能与蓄热系统的新型冷热电联供系统进行配置优化。优化得到Pareto前沿,选取合适的Pareto最优解得到该新型集成系统的容量优化配置,并分析了压缩空气储能子系统的充、放电工作状况和制冷子系统中烟气、导热油与电制冷机的逐时工作状况。
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