基于储能储水的水热电集成系统优化设计

As a considerable approach of chemical enterprises at water, heat and power utilization improving, the synthesis of utility system with energy and water system is always an important issue in Chemical System Engineering research field. In this project, the coupling characteristic of energy and water storage, water-heat-power integration system (WHPIS) and the utilization system of water and energy will be analyzed. With the desalination as the hinge of water, heat and power, the optimal model of WHPIS based on the energy and water storage will be developed with multi-distribution and multi-mixing rules for mass or energy stream. The synergy of WHPIS and the regional utilization system of energy and water will be explored. The synthesis strategy of WHPIS and the regional utilization system of energy and water will be proposed. On its basis, the timeliness and space characteristics of water, heat and power supply and demand will be analyzed. The responding mechanism between operational mode of the system and uncertainties will be explored. The multi-period scheduling model and the combined genetic algorithm will be developed. The simultaneous optimization and design method between WHPIS and regional utilization system of water and energy is proposed based on the scheduling. The proposed methods are able to provide theoretical foundation and technical support for global optimization of the chemical process system.

公用工程系统与用能用水系统的全过程综合是提高化工企业水、热、电等利用效率的重要方法，也是过程系统工程领域的重要研究课题之一。本课题拟分析储能储水与水热电集成系统、用能用水系统的耦合特性，以海水淡化为连接和转换枢纽，运用物流、能流的多元化混合、分配规则构建基于储能储水的水热电集成系统优化模型；研究水热电集成系统与区域用能用水系统的协同效应，提出水热电集成与区域用能用水系统的综合策略；在此基础上，分析水热电供需的时效性和转移、传递的空间特征，探究系统运行模式与不确定性因素间的响应机制，建立多周期的计划调度模型，开发组合型遗传算法，提出基于计划调度的水热电集成与区域用能用水系统的优化设计方法，为化工过程系统的整体优化提供理论指导和技术支持。

公用工程系统与用能用水系统的全过程综合是提高化工企业水、热、电等利用效率的重要方法，也是过程系统工程领域的重要研究课题之一。本课题开展了以海水淡化为基础，考虑储能储水的用能用水系统综合研究，首先，在海水淡化及其系统设计方面，建立了多级闪蒸海水淡化过程的CFD模型，优化了闪蒸室的结构；开展海水淡化浓海水资源利用，提出并优化了水蒸气蒸馏和反应精馏提溴工艺；建立了基于风光互补的海水淡化系统优化设计模型。其次，在水处理技术及用水网络优化设计方面，建立了考虑质量集成和能量集成的用水网络模型；提出了Fenton氧化法与电化学氧化法耦合水处理工艺，推导了膜内物质传递特性方程，获得了表征微观通道传递过程中宏观流动和微观扩散相互作用的无因次参数B，给出了判别规则，提出了新的扩散系数模型；建立了水热电集成系统的调度模型，探究了无储罐、有限储罐、无限储罐以及多品位热需求等工况条件下水热电集成系统的最优运行方案；在能量利用系统综合的研究方面，提出了基于T-H图和公用工程输入㶲的能量综合策略，建立了风力机和离心压缩机耦合系统的双层优化模型；开展了电池储能过程及能量储存系统的模拟及优化，建立了考虑电化学-热耦合作用的电池热效应模型和基于热管散热的电池组热管理模型。本课题取得的研究成果为热法海水淡化设备的结构设计、化工园区的公用工程系统设计、运行提供了理论指导和技术支持，在节能减排、可再生能源利用以及碳中和方面具有重要的经济效益和社会效益。