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摘 要

天然气冷热电三联供系统以其良好的节能环保优势正成为目前发展的热点之一，而关于其综合评价指标的确定是目前该系统研究的一个热点所在。本文以北京市通州运河核心区区域能源系统的燃机三联供系统为背景，在Matlab/Simulink平台上建立对应的仿真模型系统加以研究，包括有冷热电三联供系统评价指标体系的确立、不同负荷工况下系统的运行策略及评价指标的对比、与新能源系统的耦合及综合性能评价。

本文采用模块化建模的方法建立了各设备的仿真模型，仿真结果表明模型具有着较高的精度，能够较好的匹配实际系统的运行情况，仿真模型的各项仿真值与实际运行值之间的误差均有效控制在合理误差范围内；根据相关文献中建立指标评价体系的方法，结合实际运行数据，采用熵权法和多属性集对分析的方法，客观分配各指标权重并建立了较为完善的评价指标体系，从能效、环境、成本三个角度对系统进行综合性评价，并顺利用于比较不同负荷工况下系统配置的指标对比，得到对比方案中的系统最优配置；最后还建立了相关可再生能源利用系统的性能模拟模型，并将可再生能源系统与天然气冷热电三联供系统进行耦合得到相应耦合方案，并利用所设定的评价指标对耦合方案与非耦合方案进行了对比，对耦合方案进行性能评价。

关键词：冷热电三联供系统，评价指标，仿真模型，运行方案，可再生能源

Abstract

The natural gas cooling, heating, and power triple supply system is becoming one of the hot spots for development with its good energy-saving and environmental protection advantages. The determination of its comprehensive evaluation index is currently a hot spot of the system research. This paper takes the gas turbine triple supply system of the Tongzhou Canal core area energy system as the background, and establishes the corresponding simulation model system on the Matlab/Simulink platform to study, including the establishment and differentiating of the evaluation index system of the triple combined cooling, heating and power supply system. Comparison of system operation strategies and evaluation indicators under load conditions, coupling with new energy systems and comprehensive performance evaluation.

In this paper, a modular modeling method is used to establish the simulation model of each device. The simulation model show that the model has a high accuracy, and can better match the actual system operation. The errors between the simulation value and the actual operating value are effectively controlled within a reasonable range of error. According to the method of establishing the index evaluation system in the relevant literature, combined with the actual operational data, the method of entropy weight and multi-attribute set pair analysis are used to objectively allocate the weights of the indicators and establish a comparative perfect evaluation index system, which comprehensively evaluates the system from the three perspectives of energy efficiency, environment, and cost, and is successfully used to compare the index of system configuration under different load conditions to obtain the optimal configuration of the system in the comparison scheme. Finally, the paper established a performance simulation model of the renewable energy utilization system, and coupled the renewable energy system with the natural gas cooling, heating and power triple supply system to obtain a corresponding coupling scheme, and use the set evaluation indicators to perform the coupling scheme and the uncoupling scheme. In contrast, the performance of the coupling scheme was evaluated.

KEY WORDS ：combined cooling heating and power, evaluation index, simulation model , operation scheme, renewable energy

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容及工作思路 2

第二章 冷热电三联供系统建模与仿真 3

2.1 燃气轮机建模与仿真 3

2.1.1 燃气轮机结构特点 3

2.1.2 燃气轮机静态数学模型 3

2.1.3 燃气轮机Simulink仿真模型及仿真结果 6

2.2 余热锅炉建模与仿真 9

2.2.1 余热锅炉结构特点 9

2.2.2 余热锅炉静态数学模型 9

2.2.3 余热锅炉Simulink仿真模型及仿真结果 10

2.3 抽凝汽轮机建模与仿真 12

2.3.1 抽凝汽轮机结构特点 12

2.3.2 抽凝汽轮机静态数学模型 13

2.3.3 抽凝汽轮机Simulink仿真模型及仿真结果 14

2.4 背压汽轮机建模与仿真 17

2.4.1 背压汽轮机结构特点 17

2.4.2 背压汽轮机静态数学模型 18

2.4.3 背压汽轮机Simulink仿真模型及仿真结果 18

2.5 燃气热水锅炉建模与仿真 20

2.5.1 燃气热水锅炉结构特点 20

2.5.2 燃气热水锅炉数学模型 20

2.5.3 燃气热水锅炉Simulink仿真模型及仿真结果 21

2.6 电制冷机组建模与仿真 23

2.6.1 电制冷机组结构特点 23

2.6.2 电制冷机组静态数学模型 23

2.6.3 电制冷机组Simulink仿真模型及仿真结果 24

2.7 溴化锂制冷机组建模与仿真 27

2.7.1 溴化锂吸收式制冷机组结构特点 27

2.7.2 溴化锂吸收式制冷机组静态数学模型 27

2.7.3 溴化锂吸收式制冷机组Simulink仿真模型及仿真结果 29

2.8 本章小结 32

第三章 冷热电三联供系统评价指标体系 33

3.1 能效指标 33

3.2 环境指标 33

3.3 成本指标 33

3.4 综合评价指标体系 33

3.4.1 指标权重的确定 34

3.4.2 综合评价指标体系的建立 34

3.5 典型负荷工况综合指标对比 35

3.5.1 运行策略与系统配置方案 35

3.5.2 方案综合指标评价 36

3.6 本章小结 40

第四章 可再生能源耦合应用 41

4.1 太阳能与风能耦合应用 41

4.1.1 太阳能集热器性能模拟 41

4.1.2 光伏与风力发电性能模拟 41

4.1.3 耦合方案与综合性能评价 42

4.2 地源热泵系统耦合应用 44

4.2.1 地源热泵系统性能模拟 44

4.2.2 耦合方案与综合性能评价 45

4.3 本章小结 47

第五章 总结与展望 48

5.1 总结 48

5.2 展望 48

致谢 49

参考文献 50

绪论

研究背景及意义

天然气冷热电三联供系统中的燃料是天然气，其产生的高温热能用于发电，再回收其低品位的余热用于供热及制冷，实现了对能源的阶梯利用，大大提高了能源的利用效率。同时，该系统还可以与可再生能源系统相耦合，具有巨大的节能环保优势。

我国人口众多，能源需求旺盛，能源消耗量大，国民经济的可持续发展需要能源的持续供给支撑，能源紧缺问题会对我国的经济发展产生制约。与此同时，传统化石燃料燃烧带来的环境污染问题也成为我国所面临的重要问题。天然气冷热电三联供系统与可再生能源的耦合可以提高能源利用效率，有效缓解能源紧缺问题，同时可以减少污染物排放，带来良好的环保效益。国家发改委与国家能源局在2016年7月发布的《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中指出，要把天然气热电冷三联供与可再生能源系统相结合，实现多能源的协同供应，梯级使用能源，推进风光水火储多能互补系统建设运行。”

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