基于热电一体化调峰的区域能源综合利用综述

我国北方风电装机容量和并网规模不断增大,而供暖期“以热定电”的政策,限制了热电联供机组的灵活调峰,在浪费大量能源的同时,造成了一定的弃风现象,与双碳战略发展目标相悖。利用热电一体化调峰技术,推动区域能源系统实现热电协同,为可再生能源提供上网空间,是节约能源、减少碳排放的有效方法之一。对热电联供机组热电一体化调峰、减少碳排放、促进可再生能源消纳的方法以及国内外相关研究现状进行综述,探讨了热电一体化调峰方案的建模与优化方法,分析总结不同方案的优缺点和适用性,针对不同区域的能源特点,提出与之匹配的热电一体化调峰方案。     

“热电协同”提升热电联产灵活性

可再生能源被更多利用的大趋势下,风力发电迅猛发展。然而,弃风电现象频发成为风电发展所面临的主要问题。弃风电具有地域上主要发生在北方、时间上主要发生在冬季夜间的特征。弃风电现象与北方供暖季热电联产"以热定电"运行导致发电机组调节能力大幅下降有直接关系。本文从热电供需匹配问题出发,提出在电厂余热回收和增加供热距离的基础上,在电厂利用蓄热装置与电热泵,实现热电厂热电解耦。系统在不减少供热量的前提下,大幅提高了发电调节范围。湿冷机组可在37%~95%额定发电功率范围内调节,空冷机组可在57%~87%额定发电功率范围内调节。且随着采暖季供热负荷下降,机组调节范围可进一步增加。湿冷机组供给87%额定热负荷时,发电功率调节范围可扩大至19%~95%。     

地热水耦合热泵供热系统设计方案差异性分析

介绍地热耦合热泵供热系统(以梯级利用地热水热量为原则,采取地热水直接供热与热泵机组利用地热尾水余热的供热系统)设计方案的工艺流程、运行策略,建立供暖期系统能效比的计算模型。结合算例,在分阶段改变流量的质调节运行方式下,对两种地热耦合热泵供热系统的供暖期系统能效比进行计算。方案1:制热设备(地热水换热器、热泵机组)与供热循环泵采取一机一泵的固定设置。方案2:供热循环泵集中并联设置。对于方案1,供热循环泵与制热设备对应关系固定,启用某台制热设备时必须启用相应的供热循环泵。与方案1相比,由于方案2的供热循环泵集中并联设置,供热循环泵与制热设备的对应关系相对松散,匹配更加灵活。方案1、2的供暖期系统能效比分别为9.20、10.03。与方案1相比,方案2的供暖期系统能效比提高9%。     

消纳弃风的风电混合储能供热系统容量配置优化

为解决“三北”地区冬季建筑能耗较高且弃风严重的问题,设计了由锂电池、固体蓄热装置和热泵设备组成的风电混合储能供热系统。首先基于BP神经网络预测了风电机组输出功率,采用k-means聚类分析得到了供热典型日负荷曲线;然后提出了一种基于粒子群优化算法的风电混合储能供热系统容量配置优化方法,以系统总成本最小和弃风量最低为约束条件构建了目标函数;最后比较了考虑和不考虑弃风条件下,风电混合储能供热系统的容量配置优化结果。研究表明,所提出的优化方法不但可以有效降低弃风率,场景适用性强,还能够满足严寒地区冬季清洁供热需求,为可再生能源高效利用提供参考。     

固体氧化物燃料电池与家用热电联供经济性

介绍固体氧化物燃料电池在美国、日本、德国、中国的研究与应用进展,对家用固体氧化物燃料电池热电联供系统在日本(以关西地区4口之家的独栋住户为例)、中国(以北京城市居民为例)应用的经济性进行计算分析。根据文献介绍,固体氧化物燃料电池热电联供系统在日本应用的经济性比较理想,与日本家用常规供能方式(燃气暖风机供暖,电网供电)相比,固体氧化物燃料电池热电联供系统年运行费用可降低12.8×10~4日元/a,固体氧化物燃料电池热电联供系统造价按100×10~4日元测算,静态差额投资回收期为7.8 a。根据测算结果,与中国家用常规供能方式(燃气热水器制备生活热水,电网供电)相比,固体氧化物燃料电池热电联供系统年运行费用可降低521.26元/a,在固体氧化物燃料电池热电联供系统造价为9.24×10~4元的前提下,静态差额投资回收期高于装置寿命(10 a),现阶段固体氧化物燃料电池热电联供系统在中国应用的经济性不理想。     

用户侧变流量运行空气源热泵供暖技术经济性

济南市某住宅楼(供暖面积为4 650 m~2)采用空气源热泵机组作为热源进行供暖,介绍热泵供暖系统流程。采用TRNSYS模拟软件,模拟供暖期逐时热负荷。基于热泵供暖系统设备配置,对热泵机组、热泵侧水泵、用户侧水泵(变流量运行)、蓄热水箱进行选型。采用TRNSYS模拟软件建立热泵供暖系统能耗模型,模拟计算最冷日性能指标(用户逐时供水温度、热泵机组逐时制热性能系数、热泵供暖系统逐时能效比)、最冷月性能指标(用户日平均供水温度、热泵机组日平均制热性能系数、热泵供暖系统日平均能效比)、供暖期性能指标(热泵机组供暖期平均制热性能系数、热泵供暖系统供暖期平均能效比)、供暖期经济指标(耗电量、单位供暖面积电费)。最冷日、最冷月用户供水温度稳定,在40℃左右。热泵机组供暖期平均制热性能系数为3. 10,热泵供暖系统供暖期平均能效比为2. 94。热泵供暖系统供暖期耗电量为74. 09 MW·h,电价按当地第三档电价0. 847元/(kW·h)考虑,单位供暖面积电费为13. 5元/m~2。用户侧变流量运行条件下,空气源热泵供暖系统技术与经济性均比较理想。     

基于不同元素对空气源热泵机组制热功率的影响

近几年,国家、各地政府、企业响应国家号召纷纷加大清洁能源推广力度,打起了"低碳、零碳"战略.大力发展空气源热泵设备替代现有气荒和气候问题的态势已经不可逆转,但在设计和应用过程中拥有许多问题.本文经过典型案例总结,发现空气源热泵机组在制取热水、采暖、干燥领域方面制热功率影响因素非常多,理论计算热功率和实际相差非常大.运行数据表明:不论涡旋式、螺杆式空气源热泵,室外环境温度、机组出水温度、机组进水温度都对机组制热具有不同程度的影响.本文经过曲线拟合,给出各个因素对机组制热影响曲线以及符合实际的影响函数,供实际应用参考,以便更好更准确的改进设备选型和设计.     

R32全新风处理机组性能试验研究

制热工况下,随着排气温度的升高,制热能效比逐渐下降,在实际运行时需要降低排气温度以提高机组性能。制冷工况下,针对R32全新风处理机组高排气温度的特性进行逐级喷液,并对比分析了制冷工况下不喷液、喷液控制排气温度分别为90℃和80℃3种情况下机组制冷量和输入功率变化。制冷工况下,随着排气温度的升高,制冷能效比先增大后减小。拟合出排气温度与能效比的数值关系式,并用判定系数R2判别数值关系式的相关性。依据数值关系式可有效预测任一排气温度下R32机组的能效比,为制冷工况下机组的性能提供参考。     

小型燃气内燃机热电联供系统应用在高校的经济性分析

建立了热电联供系统与分供系统能源转化模型,分析了联供系统节能的条件,并针对负荷预测不准造成设备匹配不合理的问题,以项目供暖期实际热电消耗量为基础,采用"以电定热"的方式确定了联供系统的容量配置,通过建立供暖期运行能耗函数,求得整个供暖期的运行能耗。结果表明:采用热电联供系统运行成本可以节约11.1%,设备增益投资回收期为2.1年,平均综合能源利用率为83.9%,减少二氧化碳排放3912.5 t,与热电分供相比具有很好的经济效益和环境效益。     

某锅炉房一级管网循环泵的优化选型

针对某新建供热锅炉房,分析一级管网循环泵(以下简称一级循环泵)初选方案中存在的扬程过大等配置不合理问题。结合锅炉配置(配置3台热功率相同的锅炉)及一级管网运行调节方式(分阶段变流量质调节),提出两种优化方案。优化方案1:分别配置小流量、中流量、大流量一级循环泵(均为定频泵),小流量泵满足1台锅炉运行流量要求,中流量泵满足2台锅炉运行流量要求,大流量泵满足3台锅炉运行流量要求。优化方案2:配置小流量、大流量一级循环泵(均为变频泵),小流量泵满足1台锅炉运行流量要求,大流量泵满足2台和3台锅炉运行流量要求。根据设备造价及设备配置是否有利于节能等因素,选取优化方案2。根据2016—2017年供暖期实测运行参数,将优化方案1作为对照组,对优化方案2进行后评价。与优化方案1相比,优化方案2的设备造价、供暖期电费均比较低,优化方案2的经济性最优。     

磁悬浮式热泵机组用于集中供热的经济性分析

介绍磁悬浮式热泵机组关键设备——磁悬浮式压缩机结构。结合工程实例,对采用磁悬浮式热泵机组(将板式换热器一级侧出口的一级管网回水作为低温热源)热力站的一级管网供回水温度、磁悬浮式热泵机组制热性能系数进行实测分析。比较螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组的经济性。与仅采用板式换热器的传统供热模式相比,采取磁悬浮式热泵机组供热模式可有效降低一级管网回水温度。磁悬浮式热泵机组的日平均制热性能系数比较高,制热季节能效比可达到8.93。螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组供暖期耗电量分别为39.36×104、22.48×104kW·h。电价按0.9元/(kW·h)计算,磁悬浮式热泵机组供暖期可节省电费15.19×104元。螺杆式热泵机组、磁悬浮式热泵机组的购置费分别为65×104、120×104元,磁悬浮式热泵机组多出的购置费可在3.62 a收回。     

热电厂首站换热器配置节电研究

针对某热电厂首站采用立式全焊板壳式换热器代替卧式管壳式热网加热器,对4种换热器与循环泵配置方案下的供热参数及循环泵功率进行了比较。采用2台立式全焊板壳式换热器与1台循环泵的小流量高温差运行不仅可满足供热要求,还可降低循环泵耗电量。     

热电厂凝汽器循环冷却水余热利用供热技术

介绍热电厂凝汽器循环冷却水常规余热利用供热技术。对吸收式热泵机组与吸收式换热机组(吸收式换热机组将热水型吸收式热泵与板式换热器相结合,替代热力站的传统换热机组)联合供热方式的技术经济性进行了分析。     

热泵在燃气冷热电联供系统的应用

介绍了某生态园燃气冷热电联供能源站的技术方案。采用水源热泵利用夜间城市电网低谷电进行蓄冷、蓄热,白天用于供冷、供热,延长了燃气发电机组的运行时间,降低了运行成本,提高了供冷、供热的安全可靠性。     

燃气机热泵系统不同联供运行模式一次能源利用率的分析

分析了燃气机热泵热电冷三联供系统节能的热力学原理及应用优势,探讨了不同季节采用不同的联供运行模式一次能源利用率PER的情况,并就影响PER的主要因素——废热回收率、热泵性能系数及用于发电的燃气能量占燃气总能量的比例的变动效应进行了模拟计算,给出了燃气机热泵不同联供运行工况下PER的对比及规律。     

热泵回热型热电厂设计模式的比较分析

介绍了热泵回热型热电厂的概念、类型及设计模式。对凝汽式热泵回热型热电厂在2种设计模式下的节能性进行了比较分析,在相同的电厂规模下,第2种设计模式可承担更大的供热负荷,但热泵机组及外部余热回收装置的设备造价也相应提高。     

基于热泵技术在热电厂节能应用的研究

自备热电厂以热负荷为主,供热凝结水无法回收时,需要大量蒸汽加热补充的冷除盐水.如自备电厂存在部分凝汽发电,则会有大量的循环水余热.热泵是一种在一定使用条件下能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置,在需要补充冷除盐水且有大量循环水的自备电厂,非常有推广价值.本文作者以本单位的应用经验,介绍了该技术的应用效果.     

水环热泵与空气源热泵节能性对比分析

结合工程实例,对天津地区某办公建筑分别采用带有辅助热源的水环热泵、空气源热泵空调系统进行供冷、供热的工艺流程进行了比较。分析了负荷率对两种空调系统功耗的影响,比较了两种空调系统的系统造价及运行费用。负荷率为80％～100％时,水环热泵空调系统的功耗升高速率较快。水环热泵空调系统的系统造价及运行费用均低于空气源热泵空调系统。     

土壤源热泵竖直U型埋管换热器冬季性能测试

对土壤源热泵竖直 U 型埋管换热器进行了冬季性能测试。循环水质量流量分别取4.0、3.5、3.0 t/h 各运行5 d,测量与埋管井不同距离的3口测温井的土壤温度。在以埋管井为圆心的作用半径中,距埋管井较近的测温井土壤温度受到埋管井温度变化的影响较大;反之,受埋管井温度变化的影响较小。随着室外温度下降,虽然埋管换热器循环水质量流量减小,但土壤温度还是有所下降。热泵机组平均制热性能系数、单位井深热流量随着埋管换热器循环水质量流量的下降有所下降。     

空气源热泵热水机组节能分析

通过分析空气源热泵热水机组的原理,提出了一次能源消耗量计算式,对比计算了使用天然气、煤油、电、太阳能几种不同能源的供热设备与空气源热泵热水机组的耗能量,并讨论了降低空气源热泵热水机组节能效果的制约因素及解决方法。