论文题目：基于能量品位的燃气-蒸汽联合循环热电联产机组热电成本分析研究
摘要：燃气-蒸汽联合循环（Gas turbine combined-cycle,GTCC）供热发电机组系统具有能量利用率高、可靠性和灵活性好、清洁化程度高等优点。在需要大量蒸汽热负荷的工业园区建设GTCC热电联产机组和集中供热系统,是工业高质量发展的重要途径。工业园区的集中供热系统建设时常涉及源、网等环节的多个投资主体,科学精准地核算热电联产机组的供热成本方能合理分配供热效益。本文从能量品级的角度对燃气-蒸汽联合循环热电联产过程中各种能量的利用价值进行量化分析,提出能量品位量化系数的概念,建立综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电成本分摊计算模型,采用Ebsilon软件对热电联产机组进行稳态建模分析评估,对多组热电负荷组合工况采用不同成本分摊方法进行计算和比较,并得到最终的计算结果分析。该模型综合考虑了燃气-蒸汽联合循环的能量梯级利用关系与运行过程中具体工况下的热电负荷组合条件,可合理分配燃料成本到供热和发电两方面,为制定供热和发电价格提供决策依据。主要研究内容如下:论述了能源动力系统的模块化建模方法的技术与方法,并以燃气轮机为例,论述了压气机、燃烧室、涡轮机等部件的机理模型。根据燃气-蒸汽联合循环机组热电联产的热力系统项目模型的热力平衡图,利用Ebsilon建模仿真平台,基于燃气-蒸汽联合循环机组的设计工况进行了建模,并进行误差校核,仿真误差控制在研究可接受范围内。基于校核的设计模型,对机组的多种衍生工况进行了建模仿真。提出了一种综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电分摊比计算方法。论述了几种传统热电分摊比计算方法的不足之处。能量梯级利用法引入能量品位量化系数A,通过建模得到的数据,得到能量品位量化系数后,可得到燃气-蒸汽联合循环系统中供热和供电的权重比例系数,把整个过程中的能量损失按照权重比例系数分配,得到最终的热电分摊比。基于第二章Ebsilon仿真模型得到的工况数据,本章计算出综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电分摊比计算方法和四种传统热电分摊比方法的结果,并对比。相较于传统方法,该方法的优势在于能够更好地体现燃气-蒸汽联合循环的能量品位梯级利用的原理。运用本文提出的综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电分摊比计算方法,结合实际成本数据,提出计算模型,得到多个工况下负荷供热成本的计算结果。进而利用计算结果,可在工业园区蒸汽供给的负荷分配方案为供热方或发电方提供经济最优化方案。
关键词：GTCC热电联产机组;模块化建模;能量品位;热电分摊计算模型;经济最优化方案
学科专业：能源系统工程
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 热电联产机组热力系统建模研究
1.2.2 热电联产机组热电分摊比方法研究
1.2.3 供热负荷优化分配研究
1.3 本文研究内容和方法
第2章 燃气-蒸汽联合循环热电联产机组热力系统建模理论与方法
2.1 热力系统建模与仿真
2.1.1 计算机仿真
2.1.2 系统建模
2.1.3 模型求解
2.1.4 热力系统
2.2 热力系统模块化建模
2.2.1 压气机模块
2.2.2 燃烧室模块
2.2.3 涡轮机模块
2.3 燃气-蒸汽联合循环机组热电联产的热力系统项目模型搭建
2.3.1 模型的热力平衡图
2.3.2 模型搭建结果
2.3.3 仿真模型计算结果验证
2.4 本章小结
第3章 综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电分摊比计算方法
3.1 传统热电分摊比计算方法
3.1.1 热量法
3.1.2 实际焓降法
3.1.3 做功能力法(?方法)
3.1.4 热电联合法
3.2 综合能量梯级利用与热电负荷关系的热电分摊比计算方法
3.2.1 燃气-蒸汽联合循环能量品位分析
3.2.2 能量品位量化系数
3.2.3 权重比例系数
3.2.4 热电分摊比
3.2.5 梯级利用法的优势
3.3 热电分摊比计算结果关于单股抽汽流量的变化图
3.4 热电分摊比计算结果关于环境温度条件的变化图
3.5 热电分摊比计算结果在三股抽汽的不同流量组合变化图
3.6 本章小结
第4章 联合循环热电联产机组的多工况热电成本分析
4.1 负荷优化
4.2 计算模型
4.3 计算结果分析
4.3.1 单位供热成本与单位供电成本关于抽汽量的关系图
4.3.2 余热锅炉效率关于抽汽量的关系图
4.3.3 机组性能参数随抽汽量、环境温度的变化图
4.3.4 单位供热成本与环境温度的关系图
4.3.5 单位蒸汽成本与抽汽量的关系图
4.4 本章小结
第5章 总结与不足
5.1 总结
5.2 不足与展望
参考文献