蓄能型联供系统理论设计方法与蓄能理想热物性研究

燃气轮机驱动的冷热电三联供系统是我国近年来大力鼓励发展的小型能源供应系统。然而，国内已建成的三联供系统实际运行情况却不尽如人意，其中主要原因在于用户冷热电负荷的逐时波动性及相互之间的不同步性，使供能设备变工况低效率运行，且供需不匹配，带来能源浪费。然而，如何优化设计蓄能型联供系统，包括确定各部件容量、蓄能位置、蓄能方式和蓄能介质参数等是重要但当前尚未得到很好解决的问题。本文针对典型的蓄能型燃气轮机三联供系统的综合设计原则与烟气余热蓄能装置的理论设计方法进行了研究。 在满足用户负荷的条件下，以相对分产系统的节能率最大为目标，根据供应热电比与需求热电之间的匹配关系，推导出了蓄能联供系统相对于分产系统的一次能耗相对节能率函数表达式，给出了最佳供电负荷比的解析表达式。从而得到了三联供系统理想蓄能条件下燃气轮机容量理论设计方法。在当前燃气轮机发电效率低于电网效率的条件下，蓄能联供系统宜采用以热定电的设计原则。 针对烟气余热蓄能装置，采用质点模型，假设换热充分的条件下，提出了固体物理蓄能关键无量纲设计参数，其中固体显热蓄能为无量纲蓄能材料热容、无量纲初始温度和蓄释热流量比，相变蓄能为无量纲相变温度和蓄释热流量比。在给定计算条件下，相比固体显热蓄能，相变蓄能装置更适用于三联供系统。 针对烟气余热驱动的相变蓄能装置，考虑有限换热单元数和材料导热系数，得到给定蓄能周期限制下的最佳相变温度理论计算方法。提出最佳相变温度的确定方法为使无量纲制冷量最大。由于综合考虑了吸收式热泵和蓄能周期的影响，使求得的最佳相变温度高于传统方法得到最佳值。 在以热定电的运行策略下，以满足用户负荷需求条件下系统总一次能耗最低为目标，提出了求解联供系统容量配置和蓄能材料理想比热-温度特性的反问题方法。对于正弦负荷曲线和北京某饭店实际建筑负荷，求得的蓄能材料理想比热-温度特性函数均为函数，符合相变材料热物性。从反问题角度说明联供系统中适宜的物理蓄能方式为相变蓄能。 本文的研究工作为蓄能型三联供系统理论设计方法提供了指导，为理想蓄能介质选取与研制提供了理论依据。