燃气轮机冷热电联产系统多目标优化配置与运行策略研究

本论文以当前大中型城市的能源供应形势、环境质量要求以及备受关注的分布式能源系统为背景，研究由小型注蒸汽燃气轮机、补燃余热锅炉和溴化锂吸收式制冷机等部件构成冷热电联产系统（Combined Cooling Heating and Power，简称CCHP）。在前人对燃气轮机CCHP系统特性已有研究的基础上，利用现有的燃气轮机、余热锅炉、溴化锂吸收式制冷机的全工况性能模型，考虑环境温度和负荷率变化对系统部件及效率的影响，结合外界冷、热、电负荷分布和系统以电定热和以热定电两种运行方式，深入研究该类系统部件优化配置及其多目标评价。本文的主要研究工作体现在： （1）结合建筑用户冷、热、电负荷多变的特征，为满足宽范围内用户侧任意冷、热、电输出，提出带余热锅炉补燃和注蒸汽燃气轮机的冷热电联产系统，并阐明其可在较大范围内满足系统变工况要求； （2）结合当前大中型城市的能源形势和环境压力，综合考虑冷热电联产系统在节能、经济和环保等方面的性能，建立基于一次能源节约率、运行费用节省率和二氧化碳减排率的多目标评价指标； （3）对系统以电定热和以热定电两种运行方式进行分别讨论，为使系统根据外界负荷变化始终保持在最优运行方式下，建立以燃气轮机容量为优化变量，多目标评价指标为目标函数的系统最优运行策略模型，利用南方地区某宾馆建筑典型日逐时负荷进行算例分析，采用模式搜索算法求解得到基于该负荷特征的系统最优容量配置及其对应的运行策略。利用不同的运行策略进行对比分析，进而验证该最优运行策略的优越性。分析不同的评价指标权重系数、运行策略以及电价和气价变化对系统容量优化配置和综合性能的影响； （4）针对最优运行策略，开展余热锅炉最大补燃量的可行性研究，另根据系统运行的部分时段有热量剩余，研究过热蒸汽回注燃气轮机对CCHP系统经济性的影响，最后提出综合考虑余热锅炉补燃和燃气轮机注蒸汽的CCHP系统优化配置的技术路线。