太阳能与冷热电联产系统集成

第 3 0 卷第 5 期 20 09 年 5 月 工 程 热 物 理 学 报 JO U R N A L O F E N G IN E E R IN G T H E R MO P HY SICS V 6 1 . 3() , N o . 5 May , 20 09 太阳能与冷热电联产系统集成 蒋润花1 , 2 蔡睿贤‘ 韩 巍‘ 隋 军‘ 1 . 中国科学院 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 热物理研究所 , 北京 1 001 90 ; 2 . 中国科学院研究生院 , 北京 1 00 03 9 摘 要 本文研究太阳能与冷热电联产系统集成 , 增加槽式太阳能集热器 , 利用中低温太阳能 . 在相对节能率的基础上提 出全年相对节能率 , 并采用全年相对节能率评价新系统 , 用以确定最佳太阳能集热器面积 。 用软件 A sP en Pl us 模拟流程 , 装机容量 275 kw 时, 太阳能集热器面积增加 , 新系统的全年相对节能率先增加后减少 , 最大全年节能率值为 32 . 7% , 而 常规系统的全年节能率为 30 . 7% , 新系统较常规系统的全年节能率相对提高了 6. 5% , 最佳太阳能集热面积为 350 m 2 . 对于不同装机容量 , 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 最佳太阳能集热器面积 ; 对于同一装机容量 , 讨论太阳辐射强度及 日照时间对最佳太阳能集热面 积的影响 。 关键词 分布式能源系统 ; 冷热电联产系统 ; 太阳能; 槽式太阳能集热器 中图分类号 : T K 12 3 文献标识码 : A 文章编号: 0 2 5 3 一2 3 iX (2 0 0 9 )0 5一 0 7 2 1 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 4 IN T E G R A T E D S O L A R E N E R G Y A N D C C H P SY S T E M JIA N G R u n 一 H u a l , 2 C A I R u i- X ia n l H A N W七11 SU I Ju n l (1 , J刀 s亡生七u 亡e of En 彭n e e ri n g Th erm 叩为”了cs , 俄jn es e A ca d el n ‘y o f s cjo ce , B eij jn g 1 0 0 1 9 0 , 以jn a ; 2 . G ra d u a 亡e s曲0 0 1, Ch fn es e A ca d e z刀少 o f S c jen ce , B e石jn g 10 0 0 3 9 , Ch jn a ) A b st rac t A n ove lsy ste m w hieh in te g r a ted s o la r e n e r g y w ith CC H P ( e 0 lllb lne d e o o lin g , he a tin g a n d p o w e r) syste m w as r e s e a r ehe d , e o m p a r ed to tr a d itio n a l CC H P sy ste m , a p a r ab o lie tr o u g h e o lle e to r w as a d d e d , u sin g th e s o la r e n e r gy o f m id d le 一 lo w te n zp e r a t u re . B a s ed o n elas sie a l fu el e n e rgy s av i n g r a tio , a n a n n u a l fu e l e n e r g y sav i n g r a tio w a s Pr o P o s e d a n d a d o Pted in this Pa Pe r t o d e te r m in e th e o P tim u m a r e a o f s o la r e o lle eto r . W ith th e h elP o f A s Pe n P lu s s o ft w a r e , fo r a 2 7 5 kw P o we r e a P a eity , it 15 o b ta in ed tha t the in fl u e n e e o f e o lle e t o r a r e a o n the r a tio o f n ew sy ste m 15 in e r e a s in g fi rs t a n d th e n d e e r e a sin g , the r e e x is t s a n o Ptim u m va l u e , a b o u t 3 2 . 7% e o m P a r ed w ith the r a tio o f e o n ve n tio n a l sys te m 3 0 . 7% , the rat io o f n ew sy ste m r ela tive ly in e r e a s e s 6 . 5% , th e o p tim u m a r e a o f s o la r e o lle e t o r w a s 36 0 m 2 . W ith d iffe r e nt powe r e a p a e it从 th e o p tim u m a r e a o f 5 0 一a r e o lle e t o r w a s d iffe r ent a n d i nve stig a ted . W ith th e s a m e in sta lla tio n e a P a eit又 s o la r r a d ia tio n in te n sity a n d su n shin e d u r a tio n , the in fl u e n e e d o n th e d e sig n o f the o P tim u m a r e a o f s o la r e o lle e to r a n d sys tem , we r e a n a ly z e d . K e y wn r d s d ist rib u ted e n e r g y sy ste m : CC H P ; s o la r ; P a r a b o lie t ro u g h e o lle eto r 0 引 言 目前 , 我国使用的能源以煤炭为主 , 能源结构 不合理 , 应迅速走向可持续的、 与大 自然和谐相处 的发展模式 , 如发展多类能源系统集成、 利用可再生 能源等 。 分布式能源系统是相对于能源集中生产而言 , 把二次能源供能点分散到很多企业 、 社区 、 大厦 、 医院、 学校 、 写字楼 ⋯ ⋯ , 甚至到个别家庭住宅中 去 。 冷热电联产系统是分布式能源系统中前景最为 明朗 , 也是最具实用性和发展活力的系统 , 是在热电 联产系统基础上发展起来的一种总能系统 , 符合吴 仲华先生提倡的总能系统的 “温度对 口 、 梯级利用” 准则 , 具有很大的发展前景 [ll 。 太阳能是可再生能源中最引人注 目的清洁能 源 。 但它有其自身的缺点 , 如能流密度低 , 不适合 大规模应用 ; 不连续 、 不稳定 , 受环境因素影响比较 大 , 需要与其他能源互补 医 3 } 。 分布式能源系统与 太阳能相结合 , 一方面它为小规模型的系统 , 适合与 太阳能相结合 ; 另一方面能弥补了太阳能不连续 、 不稳定缺点 。 本文尝试将太阳能与冷热电联产系统结合 , 提 收稿日期 : 2 0 0 5 一1 2 一2 9 ; 修订日期 : 2 0 0 9一 0 4 一1 0 基金项目: 国家自然科学基金重点项 目 (N o. 5 0 8 3 6 0 0 5 ) ; 国家高技术研究发展计划项 目 (N o . 2 0 06 A A 05 24 14 ) 作者简介 : 蒋润花 (198 夺 ) , 女 , 湖南衡阳人 , 硕士研究生 , 主要从事分布式能源系统的研究工作 。 工 程 热 物 理 学 报 3 0 卷 出新系统 ; 对不同装机容量 , 优化设计槽式太阳能 集热器面积 , 并讨论太阳辐射强度及 日照时间对最 佳太阳能集热器面积的影响 . 1 集成太阳能的冷热电联产系统流程 1 . 1 系统构思 常规的冷热电联产系统中 , 利用燃气轮机余热 制冷或供暖 , 当动力部分停运或其余热不能满足供 热 、 制冷所需时 , 在余热锅炉上增加补燃装置 。 本 文考虑太阳能与冷热电联产系统集成 , 增加集热装 置 , 利用中低温太阳能提供系统所需的热量 , 减少 烟气量排放 , 环保节能 (如图 1 , 图 2 ) 。 果直接排到环境中比较浪费 , 进入下一级换热器 , 供生活热水 。 图 2 为太阳能与冷热电联产系统集成冬季供暖 工况 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 。 槽式太阳能集热器与燃气轮机排出的 烟气直接加热供暖的热水 . 1 . 3 系统评价准则 一天当中 , 供冷或供热时间内 , 由于太阳能不 连续 , 采用相对节能率不能很好地揭示节能效果 , 为了较好评价新系统 , 本文在相对节能率定义的基 础上引入全年相对节能率作为评价准则。 。 _ 。 n △F Fr 。 一凡c H P厂 乃口 It 二 = 二- =—户卜e 户奋e 1 . 2 系统流程介绍 图 1 为太阳能与冷热电联产系统集成制冷工况 流程图 , 动力系统采用微型燃气轮机 , 制冷系统采用 双效蒸汽型澳化铿吸收式制冷机组 , 并联形式 。 燃料 首先在燃气轮机的燃烧室中燃烧 , 产生的高温燃气 进入透平膨胀做功 。 从燃气轮机出来的烟气 , 进入单 压余热锅炉 , 产生 0 . 8 MPa 的饱和蒸汽 , 与槽式太阳 能集热器产生的饱和蒸汽混合 , 为高压发生器提供 热量 。 从余热锅炉出来的烟气温度大约 1 7 0o C , 如 Fr 。 = (。 l x 几 + 二 : x 几)/华g + e x 几 / (C o Pe 卜爪 g )+ q l x TI / 叼。+ qZ x 几 /哪 FC e H P = (fc o ; + fa l ) X 几 + (fc o : + fa Z ) x 几 其中 , Fr e一分产系统全年的燃料量 (kJ) ; 凡c HP 一 系统全年消耗的燃料量 (kJ) ; 二 1一 夏季燃气轮机 功率 (kw ) ; 。2一 冬季燃气轮机功率 (kw ) ; 爪g 一 电网的平均效率; COP el一 电压缩式制冷机性能系 数 ; 一 吸收式制冷机的制冷量 (kw ) ; 取一 余热 锅炉的效率 ; q l一 为夏季的供热量 (k w ) ; 乳一 冬 季的供热量 (k w ) ; fc o l一 夏季联产系统消耗的燃 料量 (kw ) ; fa l一 夏季的补燃量 (k w ) ; , 一 夏 季系统运行总时间 ; fc oZ 一 冬季联产系统消耗的燃 料量 (kw ) ; fa Z一 冬季的补燃量 (kw ) ; 几一 冬 季系统运行总时间 . 选择现阶段使用最广泛的分产 系统为参比系统 : 火电厂为电力输出的参比系统 ; 电压缩式制冷系统充当制冷输出的参比系统 ; 锅炉 和城市热网为供热输出的参比系统 。 目前我国电网 平均发电效率为 33 . 3% , 锅炉热效率为 90 % , 压缩 式空调性能差异比较大 , 本文选取 c o 尸e , 为 31 4 1 。 2 系统模拟与结果 2 . 1 系统模拟假设 本文采用 A sPe n Pl u s 流程模拟软件对系统模 拟 . 为了便于模拟 , 做如下几条假设 : (l) 忽略系统各元件与环境的散热损失及各管道 中的压力损失 。 (2 )忽略吸收式制冷机组中各溶液泵的耗功 . (3 )不考虑环境参数变化的影响。 (4 ) 夏季的太阳辐射强度为 6 00 w /m Z , 每天 平均 日照时间为 7 h ; 冬季的太阳辐射强度为 4 00 w /m “ , 每天平均日照时间为 s h 。 2 . 2 系统模拟参数 本文以科技楼为例 , 夏季每天供冷时间为早上 8 : 00 到晚上 8 : 00 , 冬季每天供暖时间为早上 7 : 00 5 期 蒋润花等: 太阳能与冷热电联产系统集成 0 . 3 3 0 0 . 3 2 5 0 . 3 2 0 0 . 3 15 0 . 3 10 0 . 3 0 5 0 . 3 00 份招姐韧异于夺 到晚上 n : 00 , 该科技楼的建筑面积为 8 0 0 0 m Z , 系统采用 “以冷 (热)定电” , 即满足全部冷 、 热和部 分电 , 不足的电量由电网提供 。 系统负荷估计如下 : 电负荷 3 20 k w , 夏季制冷负荷 6 80 kw , 冬季供暖 负荷 6 40 kw 。 系统主要运行参数如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 。 太阳能集 热效率可由参考文献 [s] 计算 。 —— 新系统统一一 常规系统统 2 0 0 4 0 0 6 0 0 80 0 10 0 0 12 0 0 太阳能集热器面积 / m “表 1 系统循环参数 T a b le l C y e le P a r a m e t e r s 图 3 装机容量 275 kw 时新系统与常规系统比较 Fig 召 C o m p ar e d n e w sys te m w ith t rad it io n a l s ys tem o n d e s ig n eo n d itio n 项 目 数值 30349 0 ”口燃气透平进 口温度 (“C ) 压比 回热器温差 (“C ) 燃气轮机功率 (kw ) 夏季制冷量 (kw ) C O 尸 锅炉热效率 冬季供热量 (k w ) 槽式太阳能集热器平均效率 生活热水 (“ C ) 环境温度 (“ C ) 大气压力 (k p a ) 2 7 5 6 8 0 1 . 3 9 0% 6 4 0 0 . 4 2 9 5 0 / 6 5 1 5 1 0 0 2 . 3 系统模拟结果 燃气轮机装机容量一定 , 改变太阳能集热器面 积 , 通过调节燃气轮机负荷 , 以保持系统冷热负荷 不变 。 本文燃气轮机变负荷采用典型变工况计算方 法 [6 ] 、、.尹、、.产、 l力卜片了O…了.t、了l了.1、 、叮= 3 . 18 方一4 . 6 9 N 2 + 3 . 6 9 N 3 一 1 . 1 8 N 4 当集热器面积大于 1 2 0 0 m “ , 新系统的全年相 对节能率低于常规系统 , 这是由于系统采用冷 (热 ) 定电 , 加入太阳能 , 燃气轮机处于变工况运行 , 当加 入的太阳能不足以弥补燃气轮机变工况引起系统下 降的节能性能 新系统的节能性低干常规系统 。 3 关键参数对最佳集热器面积的影响 3 . 1 装机容量对最佳集热器面积的影响 如图 4 所示 , 随着太阳能集热器面积的增加 , 装机容量不同 , 全年相对节能率变化趋势一致 , 先 增加后减少 。 装机容量增大 , 最佳太阳能集热器面 积越小 , 300 k w 时最佳太阳能集热器面积 2 00 m Z 左右 , 2 75 kw 时最佳太阳能集热器面积 3 50 m “ 左 右 , 2 50 kw 时最佳太阳能集热器面积 6 00 m Z 左 右 。 因为装机容量大 , 燃气轮机变工况运行系统节 能性能下降快 , 加入太阳能的节能性能与燃气轮机 变工况运行的节能性能下降速率越快达到平衡 , 最 佳太阳能集热面积越小 。 0 3 3 5 0 3 3 0 0 3 2 5 0 3 2 0 0 3 15 0 3 10 0 3 0 5 0 3 00 0 2 9 5 一一 2 50 kwww一一 2 75 kwww~~~ 一 30 0 kwww 开如祀杆禽丁夺粉汾 f = 0 . 2 5 8 + 0 . 6 24 凡 + 0 . 0 8 8 万 2 厅= 2 . 7 4 5 汤 一2 . 8 16 二2 + 1 . 0 7 一, : 3 式中 , 叮为发电效率 ; N 为功率 ; f 为燃料量 ; 二 为比功 ; 上标 “一” 为折合参数 。 如图 3 , 燃气轮机装机容量为 2 75 kw , 随着太 阳能集热面积增加 , 新系统的全年相对节能率先增 加后减少 , 存在最大值 , 此时集热器面积为最佳太 阳能集热面积 。 集热器面积变化 , 燃气轮机处于变 上况运行 , 加入太阳能的节能性能大于燃气轮机变 工况运行时系统下降节能性能 , 整个系统的全年相 对节能率增加 。 集热器面积进一步增加 , 当加入太 阳能的节能性能小 f 燃气轮机变工况运行下降的节 能性能 , 新系统的全年相对节能率减少 。 全年相对节 能率最大为 32 . 7% , 常规系统的全年相对节能率为 3() . 7% , 相对提高了 6 . 5% 。 最佳太阳能集热器面积 为 3 5 () ,、1 2 。 0 2 0 0 4 0 0 6 ()0 8 0 0 1 00 0 12 0 0 太阳能集热器血积 / m “ 图 4 装机容量对最佳集热器面积的影响 F ig . 4 T h e in fl u e n e e o f in s t a lla t i o rl e a P a e ity o n t h e d e s ig n a r e a o f s o la r e o lle e t o r 3 . 2 太阳辐射强度、 日照时间对最佳集热器面积的 影响 图 5 为同一装机容量 , 不同夏季太阳辐射强度 影响 。 如图所示 , 随着夏季太阳辐射强度增加 , 最佳 太阳能集热器面积减少 , 因为系统以冷 (热) 定 电, 工 程 热 物 理 学 报 3 0 卷 加入太阳能 , 燃气轮机处于变工况运行状态 , 太阳 辐射强度愈大 , 燃气轮机系统节能性能下降速率加 快 , 加入太阳能的节能性能与燃气轮机系统的节能 性能越快达到平衡 , 最佳太阳能集热面积越小 。 图 6 为冬季太阳辐射强度对系统的影响。 冬季太阳辐射 强度影响很小 , 随着太阳辐射强度增大 , 系统的全 年相对节能率略微有些增加 , 对最佳集热面积影响 很小。 0 3 2 5 0 3 2 0 0 3 15 0 3 10 0 3 0 5 0 . 300 _ 0 . 2 9 5 圆 伶搜棍买一子一,夺 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 10 0 0 12 0 0 太阳能集热器面积/ m , 0 3 2 5 0 3 2 0 0 3 15 0 3 10 0 . 3 0 5 图 7 夏季日照时间对最佳太阳能集热器面积的影响 F ig . 7 T h e in fl u en e e o f su m m e r s u n s hin e 一 d u r a tio n o n the o Pt in l u m ar e a o f s o lar e o lle e to r l一 500 州 m 」 l一 6() 0 W / m 」}一 70 0 w / m ‘ } 4 结 论 价理护一兰一份 夺 0 .3 0 0 0 2 9 5 0 2 0 0 4 0 0 60 0 80 0 10 0 0 12 0 0 太阳能集热器面积 / m , 图 5 夏季太阳辐射强度对最佳太阳能集热器面积的影响 Fig . 5 T h e in fl u e n e e o f s u m m er so la r r a d ia t io n in te n s ity o n t he o P tim u m ar e a o f so la r e o lle e to r 0 3 2 5 0 3 2 0 0 3 15 0 3 10 0 3 0 5 0 3 0 0 0 2 9 5 (l) 装机容量 2 75 kw , 系统冷热负荷不变 , 新 系统最大全年相对节能率为 32 . 7% , 常规系统的全 年相对节能率为 30 . 7% , 全年相对节能率相对提高 了 6 . 5% , 最佳太阳能集热面积为 3 50 m Z 。 (2 )同一装机容量 , 夏季太阳辐射强度的增大 , 最佳太阳能集热器面积减小 ; 冬季太阳辐射强度对 最佳太阳能集热面积影响甚微 , 太阳辐射强度增大 , 系统的全年相对节能率略微有些增加。 「姗骊 飞 惶L 二二二二上二二二立习 \、 卜、 (3) 日照时间对最佳太阳能集热面积没什沐影 , 只是在最佳太阳能集热器面积时 , 日照时间越 , 全年相对节能率越大 。 粉护招一二一矢一卜夺 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 10 0 0 1 2 0 0 太阳能集热热器面积 / m , 图 6 冬季太阳辐射强度对最佳太阳能集热器面积的影响 F ig . 6 T he in fl u e n ee o f w in te r so la r r a d iat io n in ten s ity o n t he o p tim u m a r e a o f so lar e o lle e to r 参 考 文 献 图 7 为夏季 日照时间影响 , 夏季日照时间对最 佳太阳能集热面积没什么影响 , 只是太阳能集热器 面积最佳时 , 日照时间越长 , 全年相对节能率越大。 因为日照时间越长 , 加入太阳能越多 , 全年相对节能 率越大 。 图 8 冬季 日照时间额影响 , 冬季日照时间 不影响最佳太阳能集热器面积 , 对系统的全年相对 节能率的影响也甚少 , 因为系统采用 “以冷 (热)定 电, , 。 0 3 2 5 0 3 2 0 0 3 15 0 3 10 0 3 0 5 0 3 0 0 0 2 9 5 圆 补招华一三一立,夺 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 10 0 0 12 0 0 太阳能集热器面积 / m Z 11] 蔡睿贤 , 张娜 . 关于分布式能源系统的思考 . 科技导报 , 2 0 0 5 , 2 3(9 ) : 7一8 C A I R 3 li 一 X ian , Z H A N G N a . o n D ist r ib u te d E n er gy S ys- te m . S eien e e & Te eh n o lo gy R e v ie w , 2 0 0 5 , 2 3(9 ) : 7 一8 !2} S o te r is A K a lo g ir o u · So la r T he r m a l C o lle et o r s a n d A p - Plie a t io n s . P r o g r e s s in E n e rgy a n d C o m b u stio n Se ie n ee , 2 0 0 4 , 3 0 : 2 3 1 一2 9 5 【3」5 B R iffa t , X Z h a o . A Nove l H y b r id H e a t p ip e S o la r C o l- le e to r / C H P Sy ste m 一Pa r t l : S yste m D e sig n a n d C o n - st r u et io n . R e n e r a ble E n e rgy , 2 0 0 4 , 2 9 : 2 2 1 7 一2 2 3 3 四 冯志兵 , 金红光 . 冷热电联产系统的评价准则 . 工程热物 理学报 , 20 0 5 , 2 6 (5 ): 7 2 5 一 7 2 5 F E N G Z hi 一 B in g , JIN H o n g 一 G u a n g . P er fo r m a n ee A s se ss - m ent o f C o m b in e d C o o lin g , H e a tin g a n d Po we r . J . o f E n g in e er in g T h er m o p hy sie s , 2 0 0 5 , 2 6 (5 ) : 7 2 5 一 7 2 8 {5」5 D o d e h , G L M o r ris o n , M B e hn ia . M o d e lin g o f P a r a b o lie Tr o u g h D ir e e t S te a m G e n e r a t io n So la r C o lle e - to r s . So la r E n e r盯, 19 9 8 , 6 2 (6 ): 3 6 5 一 4 0 6 [6] 蔡睿贤, 张娜 . 单轴恒速燃气轮机及其功热并供装置的典 型变工况特性 . 工程热物理学报 , 1 9 98 , 19 (2)= 14 5 一 1 49 C A I R u i 一 X ia n , Z H A N G N a . T yp ie a l p ax t 一 L o a d p e rfo r - m a n e e s o f C o n st a n t Sp e ed S in g le S h a ft G as r n i r b in e a n d it s C o g e n e rat io n . J . o f E n g in e e r in g T he r m o Ph ys ie s , 1 9 9 8 , 19 (2 ) : 1 4 5 一 14 9