蓄热型热电冷联供系统全工况设计及蓄热单元优化

天然气楼宇热电冷联供系统由于能源梯级利用，具有能源综合利用效率高的特点，是一种相对清洁、安全可靠、灵活的供能方式，在城市能源结构调整的背景下具有广阔的应用前景。然而，由于联供系统能量供应与建筑波动负荷间的不匹配，一方面导致系统原动机长期在部分负荷工况下低效运行，另一方面导致余热利用率低，二者使得系统总体性能变差。将蓄热与联供系统有机结合，构成蓄热型联供系统可以改善系统变工况特性，提高系统能效。但是，蓄热型联供系统全年全工况设计，包括系统适用场合判断、蓄热周期确定、不同蓄热位置系统流程选取，以及蓄热型联供系统中的蓄热单元优化设计都是重要但尚未得到很好解决的问题。 针对蓄热型联供系统适用场合分析，本文由建筑负荷特性着手，得到蓄热型联供系统相对分产系统的节能率与负荷特性参数关系的解析式，从而得出系统节能域。研究表明，上、下游蓄热对原动机均有“减容增效”的效果，下游蓄热还能减小吸收机容量选型；不同蓄热位置系统流程的能耗受负荷波动性及换热成本投入的影响。对于给定的系统流程，蓄热周期长短对原动机与蓄热单元容量具有相反的作用，在全年全工况设计时，应统筹不同部件的初投资，确立合理的蓄热周期。 针对原动机排烟后的蓄热型换热网络，在原动机“以热定电”稳定运行的前提下，将蓄热型联供系统一次能耗最小问题转化为最大化蓄热型换热网络综合能量换化效率问题。从蓄热损失的角度，提出了蓄热完善度的概念，用来评价蓄热单元设计优劣。对于优化模型，验证了传统优化方法与基于火积耗散优化方法的等价性，并分析各自优缺点。对于典型的液体显热蓄热型换热网络，得到了系统的最佳设计参数，为蓄热工质选取提供指导。 对于单级相变蓄热，得到了无运行工况约束时最佳相变温度解析解。针对联供系统实际运行工况，加入相对释热时间约束，建立条件极值模型，得到了更符合工程需求的优化结果。提出了用多级相变材料改善系统蓄热完善度的方法，得到了不同工况下系统优化结果，并分析蓄热完善度改善的本质原因。