带现有燃气轮机的冷热电联供系统的能源优化模型精选.docxVIP

带燃气轮机的冷热电联供系统的能源优化模型X.Q. Kong, R.Z. Wang和,X.H. Huang制冷与低温工程学院，上海交通大学，上海200030，中国收到2003年12月12日 接受2004年6月20日二零零四年八月十九日摘要：本文涉及的问题，是为冷热电联供系统（CCHP）的能源优化管理。能源系统由一台气轮机、一台吸收式制冷机以及一台热回收锅炉组成。一个简单的线性规划模型，能给出确定最优策略，能最大限度地减少能源的冷热电联供系统的总成本。结果表明，在此系统中的最佳操作是依赖于须待满足的负载条件。在能源消费的角度，它表明，有时候不是透平机运行的最优状态。这是当电 - 气成本比是非常低的时候的情况。关键词：冷热电联供系统，燃气轮机;优化;线性规划1、介绍CCHP系统使用发电产生的的副产品余热作为创建完成额外的供热或供冷任务。（1-4）通过把燃气轮机和吸收式制冷机相结合运用到CCHP系统中，燃气轮机的应用范围越来越广。冷热电联供系统允许一个机构（公司，工厂，医院，酒店或是商业中心）使用系统自己的电力，并且回热驱动吸收式制冷机或余热锅炉涡轮机运行，以处理可能冷负荷或加热负荷。这些系统的优势超过其他类型的冷却和加热设备，它们利用余热作为动力源的，除了小型辅助设备外，不依赖于一次能源。（5-7）1974年石油危机后，工业/商业组织的能源管理问题变得突出了，各个机构开始专注于节能措施。但冷热电联供系统的能源管理是来源比较近。一个典型的冷热电联供系统有几个条件，来满足其应用的能源需求。电能可以部分由燃气涡轮机产生，部分自外界电网购买。热量可以通过燃气轮机产生的废热获得，或由补燃得到供给。由燃气涡轮机的废热或由补燃驱动吸收式制冷机，由此制冷负荷可以得到满足。所有的这些项目，使能源冷热电联供系统管理变得是一项非常复杂的任务。为了减少能量成本，进行上述的技术评估，是很有必要的。数学编程技术被广泛应用在这种情况下做出决策。例如，Raman使用线性规划（LP）为一个炼油厂建模（8,9），Rao等人使用线性规划分析生产化肥时的蒸汽流平衡的问题。Puttgen等人开发了基于线性规划模型，由于保证能量品质，储热限制和可移位的载荷的要求，最大限度提高回收能量总量受到制约（10.11）。Moslehi等人用协调的办法来处理用线性规划的方法时遇到的问题。他们把系统分为两个子系统：电力子系统，用于蒸汽涡轮机发电机发电，以满足电力需求，蒸汽子系统由燃料锅炉组成，并且把水转换为工业需用的蒸汽。这两个子系统用协调的办法分别解决各自问题，从而完成最优的组合系统的解决方案。在本文中，一个基本的线性规划模型用于确定与冷热电联供系统燃气轮机的最佳能量组合。在本设计中的操作变量是，涡轮机负载部分和涡轮机被划分之间的加热和冷却负荷的排热部分。给定一个特定的电源，加热和冷却的负载条件下，通过这两个操作变量的变化，一组使得购买的能源成本最低的极值就确定了。进行一个通用的冷热电联供系统分析。有了这样的分析，重要的系统参数就被找到了，最佳的操作策略和部分负荷的通用观察就做好了。2、模型建立冷热电联供系统包括燃气涡轮发电机、吸收式制冷机和热回收锅炉。由天然气驱动的燃气涡轮是用来满足电力需求的。从燃气轮机派出的高温烟气被划分为两股，一股进入吸收式制冷机组来满足制冷负荷；另一股进入热回收锅炉，帮助满足热负荷。如果加热（负荷）或冷却（负荷）不完全满足实际应用的需要，可辅助以补充燃烧的天然气。同样，如果系统发的电是不够用，（拥有该CCHP系统的）这个机构可以从外界电电网买电力。图1给出了一种基于冷热电联产方案的燃气轮机的布局。涡轮负载系数数LF，是指它实际输出值占峰值容量的比例。涡轮排气比例X，是吸收式制冷机和热回收锅炉各从废气流中摊到的气量的比例。,x值为零表示，所有的排气被提供给热回收锅炉。下面建立的模型，是基于上述计划，和以下假设的：（1），汽轮机的排气温度保持不变,所以吸收式制冷机和热回收锅炉参数不变。（2，）在它们的运行轨迹上，认为设备的效率是常数。图1、能源冷热电联供系统设计流程图一个LP模型制定成本最小化的购买能源需要满足，冷却、加热和电力需求,同时满足不同条件下的约束，实施的物理的系统需求。在以下的分析中,测量单位为天然气是m3 / h，而包括冷负荷，热负荷，电负荷在内的能量单位是Kw。运行时间的单位是小时，天然气的热值是千瓦时/ m3。电力和天然气的成本率的单位分别是元/千瓦时和元/ m3。所有费用以人民币(1美元= 8.28元人民币)。无量纲变量包括效率、操作变量和电力与天然气成本比率。2.1、目标函数能源的成本是指的购买用于燃气轮机, 吸收式制冷机、热回收锅炉中的天然气和购买外网电能成本之和。这个目标函数是：Min(RMBCCHP)=Min(RMBelec+RMBgas