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考虑建筑柔性潜力和多类型建筑的冷热电三联供系统建模和优化研究

考虑建筑柔性潜力和多类型建筑的冷热电三联供系统建模和优化研究

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作者：张兴嘉浙江大学

学位级别：硕士

为进一步加强传统能源与智能化技术相融合的新型基础设施建设,燃气轮机驱动的冷热电三联供（Combined Cooling,Heating,and Power,CCHP）系统可满足建筑领域多种能源形式的用户需求,但用户需求的特征对CCHP系统的规划优化有较大影响,且... 详细信息

为进一步加强传统能源与智能化技术相融合的新型基础设施建设,燃气轮机驱动的冷热电三联供（Combined Cooling,Heating,and Power,CCHP）系统可满足建筑领域多种能源形式的用户需求,但用户需求的特征对CCHP系统的规划优化有较大影响,且在规划优化阶段较少考虑建筑的柔性潜力。目前应用于建筑领域的CCHP系统优化研究较少涉及不同需求特征对优化结果的机理探究,以及较少针对建筑柔性潜力进行定量刻画。因此本研究主要研究内容如下:首先,基于不同需求特征,即不同建筑类型、不同时间尺度（典型年与典型日）、不同需求提取方法（聚类提取方法、分段拟合提取方法）,选取10套建筑类型,建立CCHP系统容量规划优化模型;其次,构建需求特征评价指标（波动性、热电比与峰谷比）,揭示需求特征对可供能范围、容量与经济性等优化结果的作用机理,并对比不同需求特征下优化结果的差异;此外,基于前述规划优化模型,构建一种建筑柔性潜力（建筑自身可提供的蓄能量或释能量的可调节能力）定量刻画方法,并将其耦合进CCHP系统的优化过程中,探究建筑柔性潜力对优化结果的影响机理,分析建筑柔性潜力对实体储能设备的替代作用。结果表明,通过计算不同需求特征的评价指标,燃气轮机容量以及系统经济性与电需求、等效热需求（冷需求和热需求均由燃气轮机的烟气余热满足）的波动性比值均呈现正相关的趋势,与主体设备可供能范围的增长率均呈现反相关的趋势;当峰期热电比大于谷期热电比且等效热需求的峰谷比大于电需求时,主体设备可供能范围较短,容量较小。对比分析聚类典型日与分段拟合典型日的结果,分段拟合典型日下的容量和经济性优化结果更接近典型年,其容量和经济性优化结果相对较优;采用分段拟合典型日优化得到的年化总成本（年化总投资成本与年化总运维成本之和）的总体降幅在30万元/年～400万元/年,年化总成本约为典型年的78%～99%。不同建筑类型的单位面积年化总成本存在差异,商用建筑的单位面积年化总成本在1000元/（年·m2）～4500元/（年·m2）,民用建筑在300元/（年·m2）～2500元/（年·m2）;公用建筑在1200元/（年·m2）～2700元/（年·m2）;并且商用建筑的单位面积年化总成本的降幅在40元/（年·m2）～130元/（年·m2）,民用建筑在90元/（年·m2）～320元/（年·m2）,公用建筑在150元/（年·m2）～730元/（年·m2）。建筑的单位面积柔性潜力与总传热量、总对流换热量等建筑相关传热系数呈现正相关的趋势;商用建筑单位面积柔性潜力在0.2 k W/m2～1.2 k W/m2,民用建筑在0.4k W/m2～3.2 k W/m2,公用建筑则在0.5 k W/m2～1.0 k W/m2;储能设备对CCHP系统优化结果的作用机理可归因于储能设备对辅助设备供能的替代,建筑柔性潜力单位面积的可选储能潜力（建筑柔性潜力作为虚拟储能设备的最大出力）在0.13 k W/m2～1.05k W/m2,单位面积年化总成本降低量在18元/（年·m2）～250元/（年·m2）。

关键词：冷热电三联供柔性潜力容量优化经济性

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