多种可再生能源互补的联合循环系统研究

【摘要】20世纪以来,人们对煤炭、石油等化石能源的过度开发与利用,在创造了丰富物质生活的同时,也造成了大量的资源浪费和污染排放。近年来,作为能源发展重要方向之一的分布式能源系统受到了广泛关注。在此背景下,本文构建了一套多种可再生能源互补的联合循环系统。该系统可以实现低品位能源的高效高质利用,有效提高能源利用效率,减少有害物质排放,对于满足人们用能需求、缓解能源供需矛盾有着重要意义。本文研究得出以下结论：(1)构建了多种可再生能源互补的联合循环系统,并利用AspenPlusV7.2软件对系统的热力学性能进行了模拟分析。系统由太阳能沼气发酵环节、微燃机沼气发电环节和ORC余热发电环节三部分构成。要维持微燃机的正常运行,系统需要日产沼气420m3,发酵罐规模至少应该为210m3；基于能量守恒,要保证发酵过程正常进行,至少需要太阳能总吸热量148.8kW,即30管太阳能集热器125套。初产沼气经过净化甲烷含量可以达到98%,作为燃料供给微燃机,输出30kW电力的同时烟气驱动ORC余热发电,额外输出1040kW电力,系统总计输出40kW电力。系统的能源利用率可以达到32.83%,相比单机提高31.83%,相比分供系统提高35.94%,系统的能源节约率可以达到26.43%。(2)分析了系统运行过程中,环境温度、沼气甲烷含量、燃气透平入口温度等关键参数对系统性能的影响。环境温度的变化会直接影响压气机的耗功,进而影响系统的输出与效率；甲烷含量的改变会影响沼气在燃烧室内的燃烧过程；燃气透平入口温度的变化则会引起透平作功过程的变化,进而影响联合循环系统的性能。(3)利用静态分析法和动态分析法对联合循环系统的技术经济性进行了分析。发现系统的静态回收期为6.94年,动态为8.77年；相比电网购电,系统年度资金的静态节约率为37.87%,动态节约率为26.35%。同时分析了系统经济性的影响因素,发现微燃机台数、燃气价格、电价等因素会在不同方面对系统的年度资金节约率和投资回收期产生影响,从而影响系统的技术经济性。本文的创新点和意义：本文将太阳能沼气发酵环节、微燃机沼气发电环节和ORC余热发电环节相互结合,构建了多种可再生能源互补的联合循环系统,并对系统的热力学性能和技术经济性进行了分析。依据“温度、品位对口,能量梯级利用”的原则,本文所构建的多种可再生能源互补的联合循环系统,利用太阳热能制备沼气,再以沼气作为燃料,取代了传统的化石燃料,减少了有害物质的排放,具有良好的节能减排能力和巨大的社会经济效益,对推动能源、环境和人类经济社会的可持续发展有着重要意义。
【作者】连小龙；
【导师】李金平；
【作者基本信息】兰州理工大学，热能工程，2014，硕士
【关键词】系统模拟；能量分析；火用分析；经济性分析；

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