基于瞬态仿真的燃气轮机冷热电三联供系统(火用)分析和熵分析研究

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冷热电三联供系统作为可以有效提高能源利用率的用能形式,近些年来凭借其节能环保的优势得到了快速发展。刚出台的国家“十四五”规划中明确提出要加快我国中东部地区的分布式能源系统构建,冷热电三联供系统作为高效的分布式能源系统未来也必将得到更充分地发展。但是目前针对冷热电三联供系统的评价及优化目标大多是以热力学第一定律为基础进行的,基于热力学第二定律尤其是针对系统熵分析的研究相对较少而且这些研究中都是对系统进行的静态分析。因此本文将基于瞬态仿真对燃气轮机冷热电三联供系统进行(火用)分析和熵分析研究,分析系统在逐时运行状态下的用能情况,为冷热电三联供系统优化提供方向。首先构建了以燃气轮机为动力的冷热电三联供系统,并建立了系统中主要设备的数学模型,为(火用)分析及熵分析奠定了基础。其次建立了三联供系统及其主要设备的(火用)分析模型,并采用改进的熵产计算方法对设备进行简化处理建立了各设备的熵产计算模型,并验证了改进的熵产计算方法和建立的熵产计算模型的有效性。最后以青岛市某综合建筑群为研究对象,基于本文所建的(火用)分析和熵产计算模型,在不同运行模式下对冷热电三联供系统进行了瞬时模拟计算,并将模拟结果与系统一次能源利用率进行了比较分析。结果表明,基于本文所建立的冷热电三联供系统设备特性及建筑负荷特性,系统(火用)效率、熵产及一次能源利用率的模拟结果具有一致性,均是“以电定热”运行模式优于“以热定电”运行模式;系统(火用)效率计算结果远小于系统一次能源利用率计算结果,表明以热力学第二定律为基础的评价方法更能揭示能源利用的本质效果;(火用)损失和熵产的模拟结果基本满足Gouy-Stodola关系式,二者互为印证,说明了本文所建立的(火用)分析和熵产计算模型均具有有效性;(火用)分析结果显示系统的能源合理利用程度较低,提高系统能源梯级利用程度还具有巨大的潜力;本文所建立的燃气轮机熵产计算模型中绝热燃烧熵产大于发电过程熵产,余热锅炉中排烟熵产最大、换热过程熵产次之、散热损失熵产最小,溴化锂吸收式制冷机中冷凝器中的熵产大于蒸发器和发生器中的熵产,烟气/热水换热器的熵产中排烟引起的熵产最大。综上本文所建立的各设备熵产计算模型能够很大幅度的简化冷热电三联供系统的熵产计算过程,具有很好地应用价值;冷热电三联供系统(火用)分析和熵分析瞬时模拟结果更能揭示系统能源利用的有效程度,为能源系统优化提供更合理有效的指导思路。
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