基于热电解耦的热电联产系统集成及能耗评价

Power regulation is quite limited in north China, which is due to that more than 50% of generator units are CHP systems and power is restricted by heating. Meanwhile, wind power is increasing rapidly and its power is random. Therefore, wind power is abandoned obviously due to small power regulation capacity of power network. Besides, more than 20% of energy is exhausted to air directly in CHP. A new CHP system with energy storage and electrical heat pump is presented, which could increase power regulation capacity, reduce peak valley difference of demand, increase heat capacity of heat pipe and increase energy efficiency of CHP. Firstly, dynamic characteristic of turbine, energy storage and electrical power is analyzed with time by modeling. Secondly, whole system is analyzed under different cases, which is aimed to find new laws of this system. In the end, heating energy consumption is compared with conventional system with the method named “equivalent electric” basing on second law of thermodynamics,which is significant in the future.

热电联产机组占据我国北方火力发电机组50%以上，其在冬季“以热定电”运行导致北方电网电力调节范围较小，而风电等可再生能源在北方发展迅速且具有发电负荷随机性的特点，两者在空间尺度和时间尺度的重合导致弃风等问题日益严重。此外，热电联产机组仍有20%以上能源直接散失到大气环境未被利用。在此背景下，本课题研究增加蓄能系统和电动热泵的热电联产系统，该系统具有增大热电厂发电调节范围、减小电网需求侧峰谷差、增加原有管网输送能力和提升热电厂供热能力的特点。首先对汽轮机、蓄热系统和电动热泵建立动态模型分析自身不同时间尺度的运行特性，然后再对系统集成后在不同时间尺度的全工况协同运行调节特性进行分析，揭示该系统不同于常规热电联产的运行规律，最后采用基于热力学第二定律的“等效电”评价方法分析整个采暖季的供热能耗并与常规系统进行比较，研究成果将具有重要实践价值。

热电联产技术已经成为我国集中供热的主要方向，但是热电厂仍有大量低品位余热未被回收，而且随着城市快速发展现有供热管网的输送能力成为发现的瓶颈。该课题针对一种新型热电联产系统进行研究，在该系统中采用了热泵及蓄热的方式回收电厂乏汽余热和降低一次网回水温度，具体研究内容包含3部分：电厂侧余热回收、新型热力站和集中供热系统能耗评价。该研究针对电厂侧余热回收开发了新型的高温电动热泵，建立非共沸工质热泵数学模型，并完成了高温热泵设计和搭建了高温热泵实验平台，针对新型热水出口温度为80℃的热泵开展了理论和实验研究，制作了1台热泵样机完成了变工况性能实验；该研究提出了一种新型热泵与蓄热耦合的热力站，该热力站可以显著的降低一次网回水温度进而大幅度的提升了原有管网的供热能力和回收电厂乏汽余热，该热力站将常规热力站的一次网热水回水温度从60℃降低到了20℃，该研究搭建了一套新型热力站实验平台完成了变工况性能测试；在回收电厂乏汽余热的新型系统中，一次网的供回水温度成为关键参数，该研究通过数学建模方法分析了300MW机组采用提升背压回收余热和热力站降低一次网回水温度的新型系统在不同热网供回水参数下的能耗，进而为该系统的推广应用提供详细的设计依据。