太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研究

【摘要】：尋找可代替化石燃料的可再生能源已經(jīng)成為緩解化石燃料依賴的有效途徑,太陽能和生物質(zhì)能毫無疑問是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想能源。本文研發(fā)了一套太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：經(jīng)太陽能加熱的循環(huán)水驅(qū)使沼氣產(chǎn)出,經(jīng)過凈化提純后的沼氣進入微型燃氣輪機與空氣混合燃燒做功,產(chǎn)生電能,高溫?zé)煔馀懦鲵?qū)動溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)生冷量,由于從制冷機排出的煙氣仍有較高的溫度,故將剩余煙氣進入余熱回收利用裝置產(chǎn)生活熱水,符合“溫度對口,能量梯級利用”的原則。 采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合方法,對太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進行綜合評價。本課題的研究內(nèi)容與結(jié)論如下： (1)太陽能驅(qū)動的高效產(chǎn)沼氣子系統(tǒng)經(jīng)計算得到日儲熱量4320.1MJ,實際總集熱面積470m2,共需30管太陽能集熱器125套,沼氣罐的體積至少需要210m3,經(jīng)過計算得出,要保證恒溫厭氧沼氣池的正常運行,每天需要提供給沼氣池的熱水總熱量為4286.7MJ。關(guān)于沼氣凈化提純方面,凈化提純環(huán)節(jié)后的主要產(chǎn)物有：0.5MPa,25℃,99%體積分數(shù)的甲烷249.49m3；同時產(chǎn)生的次要產(chǎn)物有0.1MPa,25℃,100%體積分數(shù)的二氧化碳166.32m3,還有脫硫環(huán)節(jié)產(chǎn)生的單質(zhì)硫1800g。對系統(tǒng)的能量流進行分析,得出系統(tǒng)總能源利用率為59%,且聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分供系統(tǒng)相對比聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總能源利用效率最高,聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對于分供系統(tǒng)的一次能源節(jié)約率為35%。對系統(tǒng)的火用流進行分析：在微型燃氣輪機循環(huán)過程中,燃燒室火用損失最大,其次是排氣過程,這兩項是火用損失最重要的部分；在溴化鋰吸收式制冷過程中,火用損失最大的是發(fā)生器。最后對整個系統(tǒng)聯(lián)合起來進行火用分析,最終得到,太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的火用效率為42.3%。 (2)根據(jù)能量守恒定律,對系統(tǒng)能量輸入中某些參數(shù)發(fā)生變化對相應(yīng)的能量輸出的影響進行分析：①.隨著環(huán)境溫度的上升,太陽能集熱器集熱效率增大,而微型燃氣輪機發(fā)電效率和聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)效率均減小。②.當(dāng)甲烷含量的降低時,回?zé)崞髋艧煖囟入S之降低,發(fā)電效率也隨之降低。排煙溫度降低導(dǎo)致系統(tǒng)的制冷效率發(fā)生變化,排煙溫度逐漸降低,制冷效率先降低后逐漸趨于平緩,余熱回收效率則隨著排煙溫度的降低而降低。③.在微型燃氣輪機其他條件都不變條件下,隨著空燃比的增大,系統(tǒng)效率、發(fā)電效率和制冷效率先增大后趨于平坦,空氣流量在0.60-0.65kg/s之間系統(tǒng)效率和制冷效率達到最大值。余熱回收效率由于排煙溫度隨著空燃比的增加逐漸升高故逐漸增大,由此可見,空燃比過大或過小都不利于輸出電、冷、熱。隨著溫比的增大,聯(lián)供系統(tǒng)效率、制冷效率、發(fā)電效率在同一空燃比下都有所增大,余熱回收效率隨溫比的增大有所減小 (3)對系統(tǒng)進行技術(shù)經(jīng)濟性分析,結(jié)果得出一臺微型燃氣輪機運行情況下系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期為9.8年,當(dāng)增加至兩臺微型燃氣輪機,即發(fā)電量達到60kW時,靜態(tài)投資回收期降至6.24年,下降33.26%,而后繼續(xù)增加微型燃氣輪機數(shù)量,但靜態(tài)投資回收期縮小并不明顯。 本課題的創(chuàng)新點在于：構(gòu)建和評價了太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)并初步揭示了系統(tǒng)性能。 本課題的研究得到了國家863計劃課題(2014AA052801)、甘肅省杰出青年科學(xué)基金項目(1210RJDA016)、甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)項目(JK2010-29)、甘肅省教育廳項目(0803-06)、蘭州理工大學(xué)“紅柳杰出人才計劃”(Q201101)等項目聯(lián)合資助。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 生物質(zhì)能 冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 微型燃氣輪機 溴化鋰吸收式制冷機
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK519;TK6;TK019
【目錄】：

• 目錄5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 課題背景11-14
• 1.1.1 能源危機11-12
• 1.1.2 太陽能簡介12
• 1.1.3 生物質(zhì)能簡介12-14
• 1.2 太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 微型燃氣輪機技術(shù)15-19
• 1.2.2 溴化鋰吸收式制冷技術(shù)19-20
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)與啟示20-21
• 1.4 本課題研究的目標(biāo)、內(nèi)容和意義21-22
• 1.4.1 研究目標(biāo)21
• 1.4.2 研究內(nèi)容21
• 1.4.3 研究意義21-22
• 第2章 太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建22-39
• 2.1 系統(tǒng)概述22-23
• 2.2 太陽能驅(qū)動的高效產(chǎn)沼氣子系統(tǒng)23-32
• 2.2.1 沼氣發(fā)酵過程23-27
• 2.2.2 太陽能集熱過程27-28
• 2.2.3 沼氣凈化提純過程28-32
• 2.3 微型燃氣輪機發(fā)電子系統(tǒng)32-35
• 2.3.1 理論計算33-35
• 2.4 溴化鋰吸收式制冷子系統(tǒng)35-38
• 2.4.1 理論計算35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能分析39-60
• 3.1 基于Aspen Plus的系統(tǒng)模擬39-42
• 3.1.1 基于Aspen Plus的微型燃氣輪機模擬39-40
• 3.1.2 基于Aspen Plus的溴化鋰吸收式制冷機模擬40-41
• 3.1.3 基于Aspen Plus的余熱鍋爐模擬41-42
• 3.2 太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量流42-44
• 3.2.1 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總能利用率42-43
• 3.2.2 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和分供系統(tǒng)對比43-44
• 3.3 太陽能和生物質(zhì)能互補的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)火用流44-51
• 3.3.1 微型燃氣輪機火用分析44-48
• 3.3.2 溴化鋰吸收式制冷機火用分析48-51
• 3.3.3 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)火用分析51
• 3.4 關(guān)鍵因素對系統(tǒng)的影響51-55
• 3.4.1 太陽輻射強度對系統(tǒng)的影響51-52
• 3.4.2 環(huán)境溫度對系統(tǒng)的影響52-53
• 3.4.3 甲烷含量對系統(tǒng)的影響53
• 3.4.4 微型燃氣輪機入口空燃比和溫比對系統(tǒng)的影響53-55
• 3.5 系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性分析55-57
• 3.5.1 微型燃氣輪機價格與投資回收期的關(guān)系56-57
• 3.6 全生命周期評價57-58
• 3.6.1 技術(shù)評價57
• 3.6.2 環(huán)境評價57-58
• 3.7 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論與展望60-62
• 結(jié)論60-61
• 本課題的創(chuàng)新點61
• 尚待解決的問題61
• 展望61-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利67-68
• 附錄B 獲獎情況68-69
• 附錄C 攻讀學(xué)位期間申請的科創(chuàng)基金項目69

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