【摘 要】
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随着社会不断进步发展,环境污染、能源短缺和气候变化的问题越来越突出,特别是当下人类生活方式产生了数量庞大的各类废弃物,如果能将果蔬垃圾、禽畜粪便、城市固废等废弃物资源化、能源化处理,实现废弃物的循环利用,可以极大推进能源消费结构和利用方式进行科学地调整及重塑。本文以兰州高新区果蔬废弃物资源化处理利用园区为背景,构建了多种可再生能源互补的分布式能源系统,研究该系统满足园区全年用能需求时的运行状况,对
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2019YFE0104900）; 国家自然科学基金项目（51676094）; 甘肃省高等学校产业支撑项目（2021CYZC-33）; 兰州市人才创新创业项目（2017-RC-34,2020-RC-126）
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随着社会不断进步发展,环境污染、能源短缺和气候变化的问题越来越突出,特别是当下人类生活方式产生了数量庞大的各类废弃物,如果能将果蔬垃圾、禽畜粪便、城市固废等废弃物资源化、能源化处理,实现废弃物的循环利用,可以极大推进能源消费结构和利用方式进行科学地调整及重塑。本文以兰州高新区果蔬废弃物资源化处理利用园区为背景,构建了多种可再生能源互补的分布式能源系统,研究该系统满足园区全年用能需求时的运行状况,对比分析该系统与原系统、分供系统的性能差异,揭示系统的能源经济性,为分布式能源系统在废弃物资源循环转化中的应用提供一些思路和参考。主要研究内容和结论如下:（1）结合实地调研和园区提供的数据,分析园区物料平衡、可再生资源可获得量、用能状况和原有供能系统存在问题。园区在满负荷工况和低负荷工况分别日处理果蔬废弃物2000t、100t,其中满负荷工况时日产沼气约34000m~3,产生沼渣275.3t,两种工况的工艺流程和可再生资源可获得量有较大差异,导致用能状况也完全不同。园区原有供能系统由沼气内燃发电机和燃油/燃气两用锅炉组成,原系统虽然通过消纳园区自产沼气实现热电联产,但是两种设备排烟温度分别高达150℃和170℃,在浪费掉大量低品位热能的同时还需外界补充电力和柴油资源,有较大提升空间。（2）构建了以生物质能和太阳能为主要输入能源,有机结合沼气内燃发电机组,光伏光热一体化装置、双源热泵和污水源热泵等子系统的分布式能源系统。建立各子系统的数学模型,在Matlab/Simulink软件中建立了系统全工况仿真模型,并根据相关文献和设备厂家提供的数据对主要设备进行模型验证,仿真模型可模拟获得不同环境条件、结构参数和运行工况的各子系统和全系统性能参数。（3）结合建立的系统全工况仿真模型,确定了系统主要设备容量和运行模式,详细分析了两种工况下系统的逐日运行性能,绘制了系统满负荷工况和全年的能流图。系统采用热跟随的运行模式,优先保证园区水解工艺和厌氧工艺正常运行。满负荷工况时,果蔬废弃物处理量大,各用能设备高负荷运转,相较于原系统,新系统节省了12.04%的沼气消耗,不需要输入化石能源,且有余电上网;低负荷工况时,园区只有水解工艺运行,且各用能设备低负荷运转,供能系统中只有光伏光热一体化装置和热泵机组运行,相较于原系统,新系统在此期间节省5 7.5 2%的化石能源输入。（4）以传统供能系统和原系统为参照,揭示了新系统能源经济性和环保效益。结果表明:新系统全年平均综合能源利用率为82.71%,全年平均节能率为3 2.2 3%,相较于原系统可减少2 4.8 5%能源输入,节能效果显著;新系统静态投资回收期为3.39年,相较于原系统和传统分供系统,新系统的费用年值节省率分别为12.83%和25%,在经济上具有可行性;相较于原系统和分供系统,新系统全年折合CO2排放因子为218.14g/k W·h,全年CO2碳减排率分别为24.26%和34.74%,具有很大的CO2减排潜力。新系统虽然有较高的初投资,但是各性能指标均优于原系统和传统分供系统,与废弃物处理系统结合后,年消纳果蔬垃圾386100t,销售沼气1056878.14m~3,生产沼肥50655.2t,售电2176294k W·h,仅在低负荷工况时需要外界输入电能。
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