【摘要】：目前我國(guó)能源需求與環(huán)保壓力的矛盾日益突出,提高能源利用率和減少污染氣體排放是解決這一矛盾的有效途徑。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)作為一種新型的能源利用形式,因其能源利用率高、清潔環(huán)保等特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。由于冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能量利用方式的多樣性和轉(zhuǎn)化過程的復(fù)雜性,系統(tǒng)內(nèi)部的缸套水余熱和低溫?zé)煔庥酂岬鹊推肺挥酂峄厥樟Χ炔粔蛑率拐w的熱力性和經(jīng)濟(jì)性下降;系統(tǒng)內(nèi)部的余熱利用方式及相應(yīng)的熱力性能分析有待繼續(xù)深化研究。因此,本文提出了一種以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力機(jī)的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng),綜合考慮集成方案、動(dòng)力機(jī)功率、余熱溫度、外界環(huán)境因素等對(duì)熱力性能變化的影響,對(duì)其進(jìn)行了熱力性能的研究和評(píng)價(jià)。對(duì)冷熱電三聯(lián)供中利用余熱的方式、提升一次能源利用率和余熱利用率等方面提供了參考建議,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文開展的研究如下:(1)提出一種以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力機(jī)的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行方案。其中動(dòng)力子系統(tǒng)為內(nèi)燃機(jī);制冷子系統(tǒng)包括兩個(gè)換熱器和單效溴化鋰制冷機(jī),一級(jí)加熱器和二級(jí)加熱器先后回收內(nèi)燃機(jī)的缸套水余熱和煙氣余熱,加熱溴化鋰制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)熱源回水;制熱子系統(tǒng)包括兩個(gè)換熱器、一個(gè)空氣預(yù)熱器和空氣源熱泵,在回收缸套水余熱和高溫?zé)煔庥酂岬耐瑫r(shí)也可以回收低溫?zé)煔庥酂?提高余熱利用率。(2)根據(jù)上述的運(yùn)行方案,構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)部部件的數(shù)學(xué)模型,并利用Aspen Plus模擬軟件對(duì)制冷子系統(tǒng)和制熱子系統(tǒng)分別進(jìn)行物理建模。模擬分析了當(dāng)內(nèi)燃機(jī)從啟動(dòng)至滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的熱力性能及變化規(guī)律。研究了當(dāng)功率變化時(shí),系統(tǒng)的余熱利用率、供能量、熱泵性能系數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高品位余熱和低品位余熱的深度回收,在提高系統(tǒng)的供能量、余熱回收率和性能系數(shù)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。(3)結(jié)合上述制冷子系統(tǒng)和制熱子系統(tǒng)的工況結(jié)果,對(duì)系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的能量轉(zhuǎn)換流動(dòng)過程進(jìn)行分析,并將傳統(tǒng)的分供系統(tǒng)作為參照系統(tǒng),對(duì)本文的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)從熱力性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性三方面開展評(píng)價(jià)研究。熱力性評(píng)價(jià)主要包括系統(tǒng)余熱占比、一次能源利用率、熱電比和冷電比隨功率的變化規(guī)律;環(huán)保性評(píng)價(jià)選取了CO_2減排率為指標(biāo);經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)則選取了運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率為指標(biāo)。結(jié)果表明,本文提出的以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力機(jī)的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行方案在一定負(fù)荷區(qū)域內(nèi)具有提高能源利用率、減少CO_2的排放和提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK01;TK123
【圖文】：

1.1 選題背景及意義能源為社會(huì)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，化石燃料為社會(huì)的進(jìn)步提供了動(dòng)力。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益增加。根據(jù) 2018 年 BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒所示[1]，2017年世界一次能源消費(fèi)量總計(jì)為 13511.2 百萬噸油當(dāng)量，其中石油消費(fèi)量總計(jì)為 4621.9 百萬噸，天然氣消費(fèi)量總計(jì)為3156百萬噸，煤炭消費(fèi)量總計(jì)為3731.5百萬噸，占比分別為34.2%、23.4%和 27.6%，石油仍是最主要的燃料，其次是煤炭。中國(guó)仍然是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，占全球能源消費(fèi)量的 23.2%和全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)的 33.6%。能源消費(fèi)增長(zhǎng) 3.1%，連續(xù)17 年成為全球能源消費(fèi)增量最大的國(guó)家。全球一次能源消費(fèi)量變化如圖 1-1 所示，整體呈逐年上升趨勢(shì)。其中 2017 年全球一次能源消費(fèi)量增長(zhǎng)了 2.2%。增速較 2016 年提高 1.2%。持續(xù)增長(zhǎng)的能源消費(fèi)量不僅對(duì)能源供應(yīng)帶來了很大的壓力，同時(shí)也造成了巨大的環(huán)境污染問題。圖 1-2 為二氧化碳排放量變化曲線圖，由圖可知，在 2007  2017 年間，二氧化碳排放量呈逐年增加趨勢(shì)，當(dāng)這些氣體排放到空氣中后，對(duì)全球的環(huán)境帶來極大的威脅，也影響著人的日�；顒�(dòng)和身體健康。因此，如何解決能源供應(yīng)緊張、緩解環(huán)境污染成為全球研究的熱點(diǎn)。

1.1 選題背景及意義能源為社會(huì)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，化石燃料為社會(huì)的進(jìn)步提供了動(dòng)力。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益增加。根據(jù) 2018 年 BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒所示[1]，2017年世界一次能源消費(fèi)量總計(jì)為 13511.2 百萬噸油當(dāng)量，其中石油消費(fèi)量總計(jì)為 4621.9 百萬噸，天然氣消費(fèi)量總計(jì)為3156百萬噸，煤炭消費(fèi)量總計(jì)為3731.5百萬噸，占比分別為34.2%、23.4%和 27.6%，石油仍是最主要的燃料，其次是煤炭。中國(guó)仍然是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，占全球能源消費(fèi)量的 23.2%和全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)的 33.6%。能源消費(fèi)增長(zhǎng) 3.1%，連續(xù)17 年成為全球能源消費(fèi)增量最大的國(guó)家。全球一次能源消費(fèi)量變化如圖 1-1 所示，整體呈逐年上升趨勢(shì)。其中 2017 年全球一次能源消費(fèi)量增長(zhǎng)了 2.2%。增速較 2016 年提高 1.2%。持續(xù)增長(zhǎng)的能源消費(fèi)量不僅對(duì)能源供應(yīng)帶來了很大的壓力，同時(shí)也造成了巨大的環(huán)境污染問題。圖 1-2 為二氧化碳排放量變化曲線圖，由圖可知，在 2007  2017 年間，二氧化碳排放量呈逐年增加趨勢(shì)，當(dāng)這些氣體排放到空氣中后，對(duì)全球的環(huán)境帶來極大的威脅，也影響著人的日�；顒�(dòng)和身體健康。因此，如何解決能源供應(yīng)緊張、緩解環(huán)境污染成為全球研究的熱點(diǎn)。

是一種將設(shè)備安裝在用戶端附近，同時(shí)向用戶提供電能、熱能和系統(tǒng)。如圖 1-3 所示，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)將天然氣作為主要燃料，經(jīng)過燃燒的 40%能量轉(zhuǎn)換成電能，剩下的中低溫能量可通過溴化鋰吸收式熱泵或換回收利用，轉(zhuǎn)換成熱能或冷能供給熱用戶，能源利用率可達(dá)到 80%以上[4-6]點(diǎn)：（1）不需要遠(yuǎn)距離輸送，從而減少了建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)輸損失；（2）在能量的總量不變，但是能量的品味發(fā)生了變化，系統(tǒng)中的設(shè)備可以利用不行供能或轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了能量梯級(jí)利用，提高了能源利用效率；（3）系統(tǒng)的的需求相結(jié)合，規(guī)模偏小，靈活方便，安全性高。除此之外，冷熱電三聯(lián)面也有著顯著的效果。李煒[7]通過研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)同一處居民區(qū)，分布式冷統(tǒng)產(chǎn)生的 CO2排放量比傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)小的多，減排率達(dá)到 80.245%；Ma現(xiàn)通過應(yīng)用太陽能的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以在冬天每天減少 2217 kg 的 CO所述，說明冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在緩解供能壓力、提高能源利用效率、減少 具有顯著的優(yōu)勢(shì)。近年來，國(guó)家也出臺(tái)了相應(yīng)的政策支持冷熱電三聯(lián)供系，結(jié)合我國(guó)目前的能源情況，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在未來也具有極大地應(yīng)用。

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本文編號(hào)：2771233