“双碳”背景下楼宇群分布式能源对环境的影响分析和优化

作     者：张钟平 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：章萍

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：低碳 楼宇群 多阶段负荷 多目标 综合能源利用率 

摘      要：在全球能源结构转型不断加速背景下,我国能源系统形态加速变革,呈现分散、扁平、低碳特征,明确碳达峰、碳中和发展目标,提出要推进建筑用能电气化和低碳化,积极发展分布式能源,构建清洁低碳安全高效的能源体系。但目前燃气分布式能源系统存在供需匹配性差、系统能效低于设计值、排放偏高等实际问题,燃气分布式能源冷热电联供系统未能发挥在梯级利用、综合效率、节能减排等方面的优势。在此背景下,为分析燃气分布式能源供需匹配性问题,本文首先提出了规划阶段蒙特卡洛峰值负荷分析、设计阶段不确定量化长周期负荷分析、运行阶段SVM和PSO-BP短周期负荷分析等分阶段的不同预测方法,以每种超过2万平米的典型办公、商业、酒店建筑群案例对象,建立了多阶段负荷模型和数据。结果表明,蒙特卡洛模拟法得出的最大冷负荷相对误差22.6%比可研报告最大冷负荷的相对误差67.9%低。对外部条件相对敏感的商业负荷指标计算和不确定量化长周期偏差率为61%,采用单一的指标法计算负荷容易造成与实际负荷较大偏差。运营阶段的PSO-BP算法、GA-SVM两种算法均与实际负荷吻合较好,最大相对偏差分别为12.8%、6.4%,GA-SVM算法能够获得更高的预测精度。再次,为分析燃气分布式能源系统效率偏低的问题,本文建立了楼宇群分布式能源指标和数学模型,提出了带精英策略的快速非支配排序遗传算法NSGA-II,以大型楼宇群4.4MW分布式能源和315k W燃气内燃机分布式能源为建模对象,考虑电、热、冷三种不同形式的功率平衡约束以及设备的运行特性约束,通过帕累托前沿快速筛选出最佳权衡最优解。结果表明,燃气分布式能源与余热利用、冰蓄冷系统结合的多目标优化运行在系统运行使用率、供需匹配性和经济性等方面有大幅提升。在冷负荷需求大且稳定情况下,内燃机+溴化锂比内燃机+溴化锂+水冷机运行模式下的效益高9.2%,但在2万较低冷负荷需求下的内燃机和溴化锂串联空调供冷负荷超过实际约65%。最后,针对燃气分布式能源系统的节能与减排效果不理想问题,本文开展楼宇群燃气分布式能源减污降碳评价优化研究,建立了综合能源利用率、CO2减排率、年节能率等评价模型,以楼宇群分布式供能系统为案例研究对象,提出了燃气内燃机效率和排放的影响关系,以及降低排放Urea-SCR优化方法。结果表明,在相同负荷情况下,内燃机+溴化锂供能系统一次能源利用率84.13%高于微燃机+溴化锂供能系统81.92%;对于相同型号内燃机其效率和排放呈现一定规律,1号内燃机在100%负荷下其能源利用效率88.36%高于3号内燃机87.33%,但是3号内燃机排烟能量6367.59k W低于1号内燃机6605.16k W,在具体环境需求下存在最理想的运行状态。通过内燃机排放Urea-SCR模拟分析,布置多孔板后首层催化剂入口速度均匀性得到了提升,入口速度4.1m/s时的相对偏差系数10.5%比入口速度5.66m/s时的相对偏差系数23.1%低,但在相同的喷射位置下,入口速度5.66m/s时候的还原剂均匀性比入口速度4.1m/s时更好。