基于太阳能利用的分布式冷热电联供系统的优化研究

随着国民经济的快速发展,建筑能耗呈现出逐年递增的趋势,由能源消耗而引起的环境问题也愈发严重。在可持续发展战略和节能减排政策的大背景下,分布式冷热电联供系统因其能效高、污染物排放量少等特点,被认为是一种能够有效解决能源问题的环保供能方式。本文设计了一种以太阳能为辅助驱动能源、天然气为主要驱动能源,结合太阳能利用和传统冷热电联供系统的太阳能冷热电联供系统。 首先,本文对现今使用比较广泛的四种由不同能源设备驱动的传统冷热电联供系统的工作流程进行了介绍。利用多目标分析法,结合灰色关联理论和组合赋权法,从技术、经济、环境、社会等四个方面,对四种传统冷热电联供系统和冷热电分供系统进行了模糊评价,得到了五种方案中综合效益最优的供能系统——内燃机冷热电联供系统。 其次,对太阳能冷热电联供系统、内燃机冷热电联供系统和冷热电分供系统的能量流程和污染物排放流程进行了分析,并对联供系统使用最广泛的两种运行策略——电跟随运行策略和热跟随运行策略进行了分析。 然后,基于生命周期理论,划定了供能系统的生命周期分析边界,将供能系统的全生命周期分为原材料获取、设备加工、原材料和设备的运输、燃料获取、系统运行等五个阶段,并针对供能系统的设备种类和消耗燃料种类给出了各个阶段的生命周期清单数据。以冷热电分供系统为参照对象,建立了以一次能源节约率为技术评价指标、污染物减排率为环境评价指标、相对投资回报年限为经济评价指标的生命周期评价模型。 最后,以北京市一综合商业办公楼为例,将太阳能联供系统、内燃机联供系统和分供系统分别用于该建筑,运行十年。分别以联供系统相对于分供系统在全生命周期内的能源效益、环境效益、经济效益和综合效益最大化为目标,对系统的设备容量和运行策略进行优化。根据优化结果,对三种供能系统的生命周期结构、污染物排放结构和能源消耗结构进行了生命周期结果分析,得到了综合效益最优的系统设计方案和运行策略。