生物质和太阳能互补的分布式供能系统研究

摘要

面对能源短缺、环境污染和气候变化的挑战，必须改善能源消费结构，加大节能减排力度。北方冬季散煤燃烧供暖被认为是雾霾的主要元凶之一，探索清洁、高效的供暖技术成为研究热点，煤改气、煤改电等新供暖方式被提出，但成本和天然气供应问题仍未得到解决。分布式供能系统可充分利用太阳能、风能、生物质能等，同时为用户提供冷、热、电负荷，具有较高的能源利用效率。为充分利用农村丰富的太阳能和生物质能资源，研究生物质和太阳能互补的分布式供能系统，希望为解决北方农村供暖问题提供一些思路和参考。 以石家庄典型新农村建筑为对象，采用DeST软件，结合情景分析，计算全年逐时冷、热、电负荷。农村居民建筑负荷波动大，且冷、热负荷远大于电负荷，适合分布式能源系统。根据负荷特点和北方农村资源禀赋，建立生物质和太阳能互补的分布式供能系统：生物质气化后进入燃气轮机，燃气轮机带动发电机发电供系统使用，多余电量上网，烟气余热进入溴化锂吸收式冷温水机组制冷或制热，太阳能集热器吸收太阳能辐射生产热水。热泵作为备用，当无法满足负荷需求时开始工作。为了对负荷进行削峰填谷，增加系统稳定性，减少设备容量，在系统中加入蓄能装置。 建立生物质气化模型，计算不同气化条件下的燃气组分和气化指标，分析燃气组分和气化指标与气化剂当量比和水分的关系。建立燃气轮机、溴化锂吸收式冷温水机组、蓄能装置、太阳能集热器、热泵等设备热力学模型，分析燃气轮机和溴化锂吸收式冷温水机组变工况特性。 根据气化模型和系统主要设备模型及变工况特性，建立系统全工况性能模拟模型，分析全年逐时冷、热、电平衡。根据能流计算模型，得到系统能量流动和损失分布。用一次能源利用率、节能率、CO2排放量、NOx排放量、年度化成本、投资回收期6个指标对系统能源效益、环境效益和经济效益进行分析。相比分供系统，分布式系统一次能源利用率为 53.58%，节能率达到 17.01%，CO2和NOX减排率分别为21.97%和94.36%，年度化成本减少69.31%，投资回收期为11年。分布式系统在能源、经济和环境三个方面均存在优势。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 分布式能源发展现状

1.2.2 分布式能源研究现状

1.2.3 生物质气化发展现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 生物质气化特性研究

2.1 生物质气化模型概况

2.2 热化学平衡模型

2.2.1 模型思想

2.2.2 模型基本假设

2.2.3 模型建立

2.2.4 模型计算

2.3 不同气化条件下气化特性

2.3.1 生物质特性

2.3.2 气化剂当量比对气化的影响

2.3.2 水分对气化的影响

2.4 本章小结

第3章 负荷预测及系统建模

3.1 冷热电负荷预测

3.1.1 建筑模型

3.1.2 负荷计算结果

3.2 系统构成及工作原理

3.2.1 系统构成

3.2.2 工作原理

3.3 燃气轮机建模及变工况特性

3.3.1 燃气轮机热力学模型

3.3.2 燃气轮机化学燃烧理论

3.3.3 燃气轮机变工况特性

3.4 溴化锂冷温水机组建模及变工况特性

3.4.1 溴化锂冷温水机组工作原理

3.4.2 溴化锂冷温水机组设计

3.4.3 溴化锂冷温水机组变工况特性

3.5 蓄能装置建模

3.5.1 水蓄能技术

3.5.2 水蓄能模型

3.6 太阳能集热器建模

3.7 空气源热泵建模

3.8 本章小结

第4章 系统全工况特性及3E效益分析

4.1 系统全工况特性

4.1.1 系统运行模式及参数界定

4.1.2 系统全工况性能

4.2 系统能流

4.2.1 能流计算模型

4.2.2 能流计算结果

4.3 系统能源效益

4.3.1 一次能源利用率

4.3.2 节能率

4.4 系统环境效益

4.4.1 CO2排放量

4.4.2 NOX排放量

4.4.3 环境效益

4.5 系统经济效益

4.5.1 年度化成本

4.5.2 投资回收期

4.5.3 经济效益

4.6 本章小结

第5章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢