燃气内燃机与燃气轮机分布式供能系统的对比分析

分别采用燃气内燃机和燃气轮机发电机组为主机,结合逐时负荷特性,提出2套分布式供能系统方案,并对供能系统在能源利用率、节能减排和经济性方面进行分析比较。研究表明,天然气价格对各供能系统收益率的影响最大,其次为电价、资产投资,而售冷价格和售热价格的影响相对较小。燃气内燃机供能系统在区域型用户负荷热电比小的应用场合比燃气轮机供能系统更具优势,且与燃气轮机供能系统相比,燃气内燃机供能系统具有较高的项目抗风险能力,对分布式供能系统技术选择和方案配置具有一定的参考价值。     

燃气-蒸汽联合循环热电联供的应用及发展前景

介绍了燃气—蒸汽联合循环热电联供的四种主要型式。分析了联合循环热电联供机组的特点及其特性参数。就燃气—蒸汽联合循环热电联供在国内外的应用现状、热电联供的技术发展方向及其在我国的应用发展前景作了阐述     

基于广义Benders分解的分布式热电联供机组规划方法

在分布式热电联供系统中,用户需要优化选择机组组合和系统运行方案,这样可以使得生产成本最小,减少二氧化碳的排放。为此,分布式热电联供机组的规划需要综合考虑热负荷、电负荷和可选的机组方案,以及系统未来的运行情况。在综合考虑了热电联供机组的初始投资及其模拟运行时组合效益的基础上,建立了以系统等年值费用最小为目标的精细化数学规划模型。在规划模型中,存在大量的整数变量,同时模型本身是非线性的,应用广义Benders分解方法对该模型进行了求解。通过算例的规划与仿真分析,表明所述方法可以更加准确地规划出热电机组的类型及台数,系统能够取得更佳的经济效益。     

天然气热电联供高效余热回收系统实验研究

为了提高热电联供系统余热利用率,为大型工程提供可靠技术基础,针对目前热电联供技术研究多于理论分析而少有应用实践研究的现状,搭建一个高效余热回收的天然气内燃机的热电联供系统实验平台。测试实验系统的热力学参数,分析实验系统缸套水余热回收性能、烟气余热回收性能与能效分析,并与常规热电联供系统进行比较。结果表明:新型热电联供系统充分回收系统余热,提高系统的综合利用率和相对节能率;实现了能量梯级利用,有很大的节能潜力。     

燃气内燃机冷热电联供系统节能经济性分析

针对华北地区面积为6 000 m2的办公楼,建立了燃气内燃机冷热电联供系统的供能方案并制定了运行策略。在系统发电上网的条件下,对供能方案的能源利用率和经济性进行了分析。与用市电、电制冷、燃气锅炉供热或热电联产集中供热的两种常规供能方式进行比较,并分析了天然气价及电价对系统经济性的影响。结果表明:燃气内燃机冷热电联供系统一次能源利用率可达70%以上,明显高于传统分供系统;当天然气价小于3.3元/m3时,或者电价大于0.65元/kW·h时,三联供系统经济性优于传统分供系统。应结合建筑的具体情况和当地能源价格,合理选择供能方式。     

上海化学工业区热电联供电厂的技术特点

燃气轮机以其占地少、系统简单、效率高、排污低和建设周期短等优势，在发电领域占有越来越重要的地位，上海化学工业区热电联供电厂是国内首座采用“F”级燃气—蒸汽联合循环机组进行热电联供的电厂。介绍了可燃用天然气和轻油两种燃料的燃机燃烧系统、余热锅炉与设计供热量可在40％～100％额定抽汽量内变化，不影响机组及燃机运行效率的蒸汽轮机结构，以及快速启动锅炉与化学水处理系统等的技术特点。     

基于线性规划的太阳能辅助热电联供机组运行优化研究

引入太阳能分担热电联供机组热负荷,是提升机组调峰能力及可再生能源消纳的有效措施。本文基于线性规划方法,以太阳能辅助热电联供机组运行收益最大为目标,建立了包含太阳能集热场、储热系统和热电联供机组在内的太阳能辅助热电联供机组运行优化模型,并采用GAMS软件和CPLEX求解器进行求解。以河北某330 MW热电联供机组为例,根据典型日和供热季逐时气象数据和负荷条件进行算例分析,得到太阳能辅助热电联供机组总运行收益和关键设备的逐时出力分配。结果表明:优化后的太阳能辅助热电联供机组能够满足用户负荷需求,且相较于独立燃煤热电联供机组在可再生能源消纳、节煤和经济性方面优势明显。     

基于模型预测控制的分布式热电联供系统优化调度

针对分布式热电联供系统优化运行问题,提出一种基于模型预测调度和模型预测控制的双层分布式热电联供系统优化调度模型和方法。建立了含微型燃气轮机、光伏、蓄电池储能系统、热储能系统以及热电负荷的分布式供能系统模型,提出了计及日前调度和实时调度的优化调度模型,以分布式供能系统运行成本最小、电网联络线功率调整、蓄电池功率波动最小和运行成本为目标,采用Matlab的工具箱Yalmip求解此优化调度问题,算例结果表明了所提模型和算法的有效性和正确性。     

分布式联产供能系统的技术方案设计

结合广东地区某分布式联产供能系统工程项目,介绍1种适合广东地区的分布式联产供能系统的设计方案。通过对其负荷特点进行分析,合理选择了机组容量和供能方式并灵活改变机组运行模式,基本满足了工程项目全年的冷、热、电需求平衡。该方案的技术经济指标结果表明：系统具有较高的能源利用率,机组全年热电比达到60．46％,全年总热效率为74．90％。     

区域分布式供能系统经济性概率分析

文章针对区域多能互补系统协调供应问题开展了不同供能方案的对比分析。首先,提出了燃气机组冷热电联供(combined cooling heating and power,CCHP)系统和环境源热泵系统2种分布式供能方案,制定了相应的运行策略,分析了不同供能方案的安全性和环保性;其次,建立了概率全寿命周期成本(life cycle cost,LCC)模型,给出了燃气机组冷热电联供系统、环境源热泵系统和传统供能系统3种供能方案的经济性计算方法;最后,以北方某市的商业区域为例,评估3种供能方案经济性,并通过灵敏度分析得到了天然气价和电价对不同供能方案经济性的影响。结果表明随着天然气价和电价的变化,经济性最好的方案发生变化,因此实际工程中应结合规划区域的具体内容和当地能源价格,合理选择供能方式。     

数据中心分布式供能系统可用性与经济性匹配关系研究

为明确数据中心分布式供能系统可用性与经济性的匹配关系,以上海地区为例建立数据中心分布式供能系统模型,对其进行供能成本与供能可用性匹配关系探讨,结果显示:在上海地区现有条件下燃气分布式供能系统按照数据中心冷、电负荷进行装机匹配及系统设计时,系统综合能源利用效率最高,数据中心用能成本最低,且满足数据中心供能可用性要求。为提高数据中心供能系统可用性,对燃气分布式供能系统原动机进行冗余配备,配备1台备机即可满足数据中心供能系统可用性要求,且系统运行模式的调整对于系统可用性与经济性匹配关系不会造成根本性影响,此时限制数据中心分布式供能系统可用性的主要因素是供气管网的可用性,2台乃至更高数量的备用设备不会显著提高数据中心分布式供能系统的可用性,反而会提高系统单位供能成本,影响系统效益。     

含分布式发电的热电联供系统负荷恢复策略

近年来含分布式能源的热电联供系统在区域能源系统中得到了广泛应用,而传统故障分析仅针对供电系统进行决策,缺乏对综合能源系统的整体考虑。文章在热电联供能源系统供电中断情况下,研究综合能源系统供能恢复问题。引入换热站模型和高耗电、高产热的大型耗能用户模型描述热电耦合关系,对热-电系统间的能量生产、分配、转换以及不同等级负荷的供能恢复过程进行建模,考虑热惯性影响,利用供热量在空间和时间的弹性,构建热电联供系统负荷恢复策略模型,并用CPLEX求解器求解,得到故障后负荷综合损失最小的方案。利用某热电联供系统算例验证所提方法的有效性。     

分布式供能站热电特征设计

列举了中国分布式供能系统的应用情况,介绍了中国分布式供能站的发展现状。以某分布式供能站为例,介绍建筑原有接线情况和主接线方案以及热负荷状况,阐述热电设计的设想,并对包含机组选型、燃料系统、热力系统热工控制等各方面情况进行了详细介绍。     

并网式热电联供系统的时域建模与动态仿真

基于质量平衡和能量平衡的原理,分析并网式燃气内燃机热电联供系统(combined heat and power system,CHPs)各个部分,即燃气内燃机、余热换热器、蓄水箱、余热锅炉和燃气锅炉的工作原理及动态特性,并针对各个模块外部输入和输出参数,分别建立能在可调范围内实现变工况运行的非线性时域模型。将各个模块的模型依次进行处理和连接,并在Matlab/Simulink的平台上进行动态仿真分析。结果表明,在可接受误差范围内,该模型对于CHPs热电交互影响的动态模拟分析具有准确性。     

分布式热电联供技术在上海世博会的应用

上海世博会的主题是“城市,让生活更美好”,在世博园区采用分布式热电联供技术,实现节能与环保,是城市最佳实践区的一个多燃料热电联供展示项目。文章介绍了以热气机为原动机的分布式热电联供系统,在上海世博会城市最佳实践区的成功应用。该系统以天然气为燃料,在向世博园区提供50kW电力的同时,利用发电余热产生1．5t／h的热水供园区餐饮中心使用,体现了建成后的上海世博园区将是一个微型的低碳、和谐城区。     

分布式热电冷联供系统及其在上海世博园区应用的可行性分析

以高效、环保为特征的分布式热电冷联供系统正成为能源产业的重要发展方向。与传统集中供电的模式不同,分布式热电冷联供系统是一种建立在能源的梯级利用概念基础上,将发电、制冷、供热及过程一体化的多联供能系统,其所包含的节能、环保意义完全符合上海世博会建设的理念。介绍了分布式供能系统具有节能、环保、安全、投资小、满足用户多样化需求等优势,分析了分布式供能实现的不同方式,对分布式供能系统的发展及案例作了介绍,分析了其在上海世博园区的应用可行性。     

燃气–蒸汽联合循环抽凝式热电联供机组调峰经济性分析

高比例可再生能源电力系统中燃气–蒸汽联合循环发电及其热电联供机组面临深度调峰。针对以重型燃气轮机为基础构成的热电联供系统,采用压气机与透平逐级叠加法及模块化的余热锅炉变工况特性分析等方法构建燃气-蒸汽联合循环发电机组的全工况分析模型;以某390MW等级抽凝式热电联供机组为例,获得其电力调峰深度及全工况燃料成本产值率。结果表明:在设计热电比为0.4时,电力调峰深度为31.23%。在电价与燃料价格之比为2.806、热价与燃料价格之比为1.215的情形,当设计热电比为0.2时,机组燃料成本产值率几乎稳定在1.611,即电力调峰对此供热工况的经济性几乎没有影响;当设计热电比高于0.2时,机组参与电力调峰具有较强的经济性优势;若燃料成本产值率期望值取1.41,则机组约在60%负荷率以下纯凝工况运行将面临亏损。研究结果为燃气轮机发电项目的运营决策提供理论及实践参考。     

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合调度模型

为了解决北方城市冬季供暖期的空气污染问题,我国正积极发展"煤改气"技术,将传统的燃煤热电机组改为燃气热电机组。建立了燃气-蒸汽联合循环机组的数学模型,并以系统成本最低为目标函数,构建了包含燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合系统调度模型。分析了燃气-蒸汽联合循环机组替换传统热电机组后,燃气-蒸汽联合循环机组比例变化、风电渗透率不同对电网弃风率的影响。算例分析表明,燃气-蒸汽联合循环机组替换常规热电机组虽然增加了运行成本,但有利于电网消纳弃风。     

分布式供能系统的经济调度

在一个小型分布式发电系统的基础上,建立分布式供能系统的调度策略和经济调度模型,通过考虑各种电源的约束条件,用改进的遗传算法进行求解,使得分布式微网系统能够实现热电联供,满足用户的需求.算例系统验证了模型与算法的可行性.     

秸秆气化外燃机热电联产设计方法及计算

为了合理高效地利用秸秆气化燃气,指出了秸秆气化内燃机热电联产的一些弊端与不足,研究讨论了一种采用斯特林机为原动机的秸秆气化热电联产系统,可以解决秸秆气化燃气的热值低、焦油含量多的问题,同时还应用热力学第一定律和第二定律对秸秆气化外燃机热电联供系统进行了热力性能计算。结果显示:4台50 kW的外燃机系统可以为10 000 m~2的6层办公建筑提供足够的热量与电量;经计算该系统在满负荷运行时,一次能源利用率良好,几乎接近于内燃机方案的能源利用率,表明在能源利用率上外燃机热电联产系统已接近于目前成熟的分布式能源系统。