热水蓄热罐在热电联产供热系统中的应用研究

世界多国目前已将储能列入能源环境技术创新战略。在我国,为保障能源安全供应、推动清洁能源发展和化石能源清洁高效利用,国家发改委及能源局等多个部门联合印发了多项关于储热的法规、策略,大力推广储热技术应用。蓄热技术通过“移峰填谷”,一方面可以降低日供热负荷波动引起的机组负荷波动,提高机组效率,增加热电联产电厂净收益;另一方面,可以有效规避可再生能源直接纳入电网时对电网造成的冲击,克服可再生能源(如太阳能、风能)具有的不连续性及不稳定性,增加城市集中供热系统和电网消纳可再生能源的能力,减少传统火力发电对化石能源的消耗,改善我国能源结构。因此,蓄热技术将在我国实现经济与环境的可持续发展,保障民生等方面发挥重要作用。本文主要针对在热电联产供热系统中设置热水蓄热罐的相关问题进行研究,得到热水蓄热罐的热特性及其与热电联产机组联合运行的运行策略,为工程实践提供相应的理论指导。本文首先对热水蓄热罐的热特性做了相关研究,基于热水蓄热罐蓄热与放热速度、蓄热放热周期的数学模型,并利用SolidWorks、ICEM、FLUENT等相关软件对其建立模型,对蓄热放热过程中罐体内的流场、温度场进行了数值模拟,得到放热过程中下部布水器出口处斜温层温度随时间变化的拟合公式,及温度随高度的变化趋势。从模拟结果可以看出,蓄热罐的形状,布水器开口的流速,布水器进口出口的水温温差等因素对热水蓄热罐的热特性有较大影响。其次,本文采用遗传算法(GA)对设置在热电联产电厂中的热水蓄热罐容量进行了优化,并得到热电联产机组与蓄热罐的最优运行策略。优化过程中,以电厂的最大净收益为目标函数,以某时间段内蓄热量、一天内用户逐时热负荷、热电联产机组小时产热量和发电量等为约束条件,建立优化数学模型并给出优化流程。最后,以实际工程案例为算例进行优化计算。与在热电联产电厂中不设置热水蓄热罐的方案相对比后可以看出,合理选择热水蓄热罐容量对于有效节约一次能源耗量,提高机组运行效率,减少机组负荷波动,降低二氧化碳等温室气体的排放量等具有明显的作用。与现行自控水平与管理水平下的最优运行策略相比,理想最优联合运行策略具有更大的可行性。