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摘 要

热电联产作为一种高热经济性的发电方式得到不断推广，也因此承担起了消纳可再生能源发电的任务。“以热定电”的运行策略使得热电机组在供热期机组发电量很大甚至过剩，造成“弃风”问题。在热网加热器附近配置储热罐，可以在机组供热能力大于热网负荷时储存热水，在机组供热能力不足或需要调峰时释放热水代替机组供热，是实现热电解耦的有效手段之一。

本文介绍了主要储热技术和斜温层储热罐原理，给出了典型热电联产机组的热力系统结构及运行特点。由南京某300MW供热机组设计资料得出了机组热电运行区间，并基于EBSILON建立其系统模型，所建模型在各种工况下与设计值的误差小于3.5%。为机组模型配置斜温层储热罐，得到了机组在配置储热罐前后的完整运行区间。基于某日负荷的机组模拟运行结果表明：在满足热电需求的前提下，配置储热罐可以使机组的日调峰容量扩大69%，使机组的日均标准发电煤耗率降低0.821g/(kWh)。

研究表明，在所设定的条件下，供热机组配置储热罐可以提高运行经济性，对实际工程项目起到了一定的指导作用。

关键词：热电机组；储热罐；EBSILON；运行特性

ABSTRACT

Cogeneration, as a kind of power generation method with high thermal economy, has been continuously promoted and thus assumed the task of absorbing renewable energy power generation. The operation strategy of " ordering power by heat " makes the generating capacity of thermoelectric units large or even excessive during the heating period, causing the problem of "wind abandoning". Setting thermal storage tank near the heater for heating network, which can adjust the heating peak load, is one of the effective means to realize decoupling between heat and power.

This paper introduces the main technology of heat storage and the principle of thermocline storage, give the thermal system structure and operation characteristics of typical cogeneration units. Based on the design data of a 300MW heating unit in Nanjing, the thermoelectric operation interval of the unit is obtained, and the system model is established based on EBSILON. The error between the model and the design value is less than 3.5%. The complete operation interval of the unit before and after installing the thermal storage tank is obtained. The simulated operation results of the unit based on a certain daily load show that, on the premise of meeting the thermoelectric demand, the configuration of the heat storage tank can expand the unit's daily peak regulation capacity by 69% and reduce the unit's daily standard power generation coal consumption rate by 0.821g/(kWh).

The research shows that the configuration of heat storage tank can improve the operation economy, thus play a guiding role in the actual project.

KEY WORDS: cogeneration units, heat accumulator, EBSILON, operating characteristics

目 录

第一章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2国内外研究动态 2

1.2.1国外研究动态 2

1.2.2国内研究动态 4

1.3本文研究的主要内容 5

第二章 热水储热罐技术研究 6

2.1储热技术研究现状 6

2.1.1显热储热 6

2.1.2潜热储热 6

2.1.3化学反应储热 6

2.2热水储热罐 6

2.2.1热水储热罐的特点 7

2.2.2斜温层储热罐 7

2.3配置热水储热罐的热电联产技术 8

2.3.1热水储热罐配置方案 8

2.3.2热电联产技术 8

2.3.3储热罐对热电机组的影响 9

2.4本章小结 10

第三章 300MW热电机组运行特性 11

3.1典型供热机组与供热调节方式 11

3.1.1供热机组类型 11

3.1.2供热调节方式 11

3.2 300MW供热机组简介 12

3.3配置储热罐前后机组运行特性 13

3.3.1配置储热罐前机组电热特性 13

3.3.2配置储热罐后机组电热特性 15

3.4本章小结 16

第四章 基于EBSILON平台的建模分析 17

4.1 300MW机组模型 17

4.1.1 EBSILON仿真软件 17

4.1.2模型的建立 17

4.1.3 EBSILON模型校核 19

4.2 配置储热罐的热电机组建模 20

4.2.1 EBSILON分层储热罐元件机理 20

4.2.2加入储热罐的热电机组模型 21

4.3带储热罐的热电机组调峰能力分析 22

4.4带储热罐的热电机组能耗特性 25

4.4.1机组能耗特性分析方法 25

4.4.2配置储热罐前后机组能耗对比 26

4.4.3最优运行策略求解 26

4.5本章小结 28

第五章 结论与展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1背景与意义

近年来，我国城市化水平不断提高，对集中供电供暖的需求也随之增长。如图1-1，根据国家统计局发布的《中国统计年鉴—2018》^[1]，我国热力与电力消费量的增长并驾齐驱。相较于完善的电网系统，我国热网系统还有很大的改造升级空间，提高供热稳定连续性、保障热产品质量、取缔众多分散小型锅炉是现阶段的首要目标。为了减少二氧化碳等温室气体的排放，实现可持续发展，一方面要提高煤、石油等一次能源的利用效率；另一方面，必须逐步削减一次能源的使用，代之以对环境友好的可再生能源。然而，2018年全年弃风电量达到277亿千瓦时^[2]，给国民经济带来了巨大损失，一是因为该类型的电能具有较强的间歇性和随机性，大规模并网在一定程度上会影响电网的稳定运行；二是电网中占主体地位的燃煤机组无法有效参与调峰，极大地挤压了可再生能源发电的上网空间。因此，找到一种既能降低一次能源消耗、消纳可再生能源，又能满足用户用热需求并能够实时调整的热电厂运行方案势在必行。

图1-1 中国电力和热力消费总量变化情况

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