天然气分布式能源系统仿真模拟与软件开发

【摘要】：在能源结构调整、环境压力日趋严重、中国城镇化布局快速发展的现状下,天然气分布式能源发展迎来了良好的时机,“大数据、互联网+”的发展要求使得系统管理的自动化和智能化势在必行,文章结合天然气分布式能源系统的理论知识运用数学建模和计算机编程的方式对联供系统进行全面仿真模拟并最终开发出相应的软件,为系统规划设计和性能分析提供了有力工具。文章研究主要从以下几个方面展开：(1)对天然气分布式能源系统中不同原动机联供系统的工作原理、特点、效率和适用条件进行介绍,燃气内燃机具有较高的发电效率,但是其余热品位较低,适用于发电容量较小且热电比低的联供系统；燃气轮机装机容量较大,余热利用品位高,具有较高的经济优势。(2)供能对象的负荷分析模拟。运用动态法和静态法对用户的冷负荷、热负荷、电负荷、生活热水负荷和蒸汽负荷进行数学建模,并对不同功能建筑物的逐时负荷变化系数进行分析研究。静态法下负荷计算结果适用于项目的规划设计初期,其模型也是本文软件开发的依据；动态预测方法相对精确,但是逐时变化曲线影响因素多而复杂,建模编程难于操作。(3)联供系统的配置和优化。基于用户负荷需求和联供系统的传统工艺特点,文章对联供系统集成原则、集成思路和发电设备、余热利用设备、调峰设备选型依据和思路进行了仔细论述。虽然集成优化影响因素众多,但是不同的用能对象联供系统的配置和优化思路一致。(4)热力学性能分析模拟。首先对热力学性能评价指标构建模型并指出各模型的特点和适用条件,重点研究了联供系统相对于燃气分产系统在供热和制冷下的节能效果、折合发电效率不同定义思路下的优缺点：其次研究了散热损失、过剩空气系数和燃气不完全燃烧等对热力学性能的影响机理,并提出了针对性的改善措施。(5)环保性能分析模拟。参照于燃气分产系统和燃煤分产系统,建立了联供系统的NOx减排模型,并根据现实系统参数对模型的减排进行了分析,只有在联供系统的发电效率和综合效率达到一定值时,才具有环保优势。此外,还对噪声污染的来源、消除原理和应对措施进行论述。(6)经济性能分析模拟。增量评价法通过计算投资回收年限来评价联供系统的经济性能,避免了人为因素和价格因素的干扰；项目净现值可以求出收支相抵时电价和气价,可以分析不同影响因素的敏感性。基于上述理论知识,文章最后对联供系统的机械设备和工艺、负荷预测、热力学性能、经济性和环保性的数学模型通过编程实现了模块计算,并整合各模块形成模拟软件,大大提高负荷和性能计算效率。 【关键词】：分布式能源 负荷预测 热力学性能 污染物排放 投资回收期 软件开发
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU996;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究及发展现状12-14
• 1.2.1 负荷预测发展现状12
• 1.2.2 联供系统配置和集成优化发展现状12
• 1.2.3 热力学性能研究发展现状12-13
• 1.2.4 环保性研究发展现状13
• 1.2.5 经济性研究发展现状13
• 1.2.6 仿真模拟技术研究发展现状13-14
• 1.3 研究方法14
• 1.4 研究内容及目的14-15
• 1.5 小结15-16
• 第2章 天然气分布式能源系统的主要形式16-24
• 2.1 内燃机天然气分布式能源系统17-18
• 2.2 燃气轮机天然气分布式能源系统18-21
• 2.3 斯特林发动机天然气分布式能源系统21-22
• 2.4 燃料电池天然气分布式能源系统22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 用户负荷模拟分析计算与系统集成优化24-54
• 3.1 负荷模拟计算24-39
• 3.1.1 冷负荷计算24-27
• 3.1.2 热负荷计算27-33
• 3.1.3 电负荷计算33-36
• 3.1.4 生活热水负荷36-39
• 3.1.5 蒸汽负荷计算39
• 3.2 天然气分布式能源系统的集成39-52
• 3.2.1 天然气分布式能源系统集成原则39-43
• 3.2.2 天然气分布式能源系统的集成基本流程43-44
• 3.2.3 发电机组选择44-47
• 3.2.4 余热回收装置的确定47-49
• 3.2.5 调峰设备的确定49-51
• 3.2.6 天然气分布式能源系统集成后的优化与运行51-52
• 3.3 小结52-54
• 第4章 天然气分布式能源系统的性能评价54-72
• 4.1 热力学性能54-63
• 4.1.1 热力学性能的评价指标54-59
• 4.1.2 热力学性能影响因素59-63
• 4.2 环保性63-68
• 4.2.1 污染物的减排63-67
• 4.2.2 噪声防治67-68
• 4.3 经济性68-71
• 4.3.1 增量评价法68-70
• 4.3.2 项目净现值70-71
• 4.4 安全稳定性71
• 4.5 小结71-72
• 第5章 天然气分布式能源系统仿真模拟软件开发与工程实例72-90
• 5.1 软件开发流程与软件功能72-77
• 5.1.1 主界面开发72-73
• 5.1.2 机组类型和工艺流程73-74
• 5.1.3 负荷预测74
• 5.1.4 热力学性能74-75
• 5.1.5 环保性75-76
• 5.1.6 经济性76-77
• 5.2 工程实例应用77-89
• 5.2.1 工程实例一77-81
• 5.2.2 工程实例二81-89
• 5.3 本章小结89-90
• 第6章 结论与展望90-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况96

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