家乡典型建筑分布式能源系统.docx
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家乡典型建筑分布式能源系统.docx
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家乡典型建筑分布式能源系统
课程设计
(家乡典型建筑分布式能源方案)
学院:
能源与动力工程
专业:
新能源科学与工程
班级:
新能源11
姓名:
侯俊义
学号:
2110310009
1.典型建筑的概述及模型
目前家乡在农村推行城镇化建设,实行居民统一住房规划。
本方案设计的是为200户居民楼进行冷热电联供,满足其日常生活需求,基本保证不需要外界供能。
居民建筑按照统一标准建造,为二层独栋小楼(120m^2),坐南朝北。
居民建筑具体模型见下图
第一层模型
第二层模型
2.家乡能源分布简介
运城市地处山西南部,位于黄土高原,全年太阳辐射为中等强度,不适用于热发电;全年风能较小,不适合选择风能作为一次能源;用户位于农村,沼气来源充足,可以选择天然气作为主要能源;煤储量丰富,经过煤气化环节,产出的煤气可作为补充能源。
三.冷热电联供方案
1.总体介绍
本方案选择天然气为主要能量来源,太阳能为辅助来源(用于生活热水的供应),发电系统采用燃气轮机方式,由于供热制冷量波动较大,而电力需求平稳,采取基荷电力定容量(虽然会丧失部分联产优势,但更符合实际情况)。
具体系统见下图
本方案采用一台微型燃气轮机,两台排气再燃型空调机组,系统参数如下表
额定功率
回气度
效率
料消耗量
燃气轮机
100kw
0.88
29.62%
0.2431kg/(kwh)
空调机组
额定能量
COP
最大消耗量
制热
583kw
0.925
54.2*10^4kcal/h
制冷
500kw
1.31
49.3*10^4kcal/h
2.系统具体运行模式
运行模式一:
在采暖季与制冷季,天然气供给微型燃气轮机和排气再燃型空调机组,用户生活热水由太阳能辐射满足(不足采用电加热),满足用户的冷热电负荷。
运行模式二:
春秋季,天然气只需供给微型燃气轮机,空调机组停止运行,用户生活热水由太阳能辐射满足(不足采用电加热),微型燃气轮机余热供给附近造纸厂锅炉。
3.太阳能热水供应系统
3.居民建筑负荷的计算以及能源效率
1.单栋居民楼冷热电负荷
运用DEST软件对所设计的居民楼进行核算,数据以天为单位,由于数据过多,作为附件。
对数据进行处理,附上数据图,提供系统每天的运行状况。
说明:
1)运行模式一计算时,对于PER采取理想状况,即每天需要多少能量就供给多少能量,
,而实际上由于无法对一天的负荷进行预知,每天的供能都按照最大能量供应,能源效率基于此进行计算,
。
2)运行模式二负荷是电负荷以及造纸厂的锅炉负荷,由于居民楼一年用电量平稳,故按照每天10Kwh进行处理,造纸厂每天产纸量以及工作时间也比较平稳,按照每天600Kw进行处理,忽略其他因素的影响,锅炉效率按照0.8计算,所以运行模式二下的系统实际供应能量等于每天所需的供应能量。
2.运行模式一:
供暖季(10月28日-3月28日)与制冷季(6月10日-9月5号)
由于冷热负荷波动较大,为了节约能源,两台空调机组交替运行,具体运行时间见下表
空调单机组运行时间
空调双机组运行时间
供暖季
3月1日-3月28日,10月28日-11月17日
11月18日-2月28日
制冷季
6月10日-7月15日,8月17日-9月15日
7月16日-8月16日
平均PER
平稳运行时段
平稳时段PER
分产PER
节能率
供暖季
1.24
11.25-2.25
1.22
1.46
15%
制冷季
1.10
7.16-8.16
0.91
1.36
19.1%
供暖季小区(200户)能量分布图
供暖季PER
制冷季小区(200户)能量分布图
制冷季PER
3.运行模式二:
春秋季节(3月29日-6月9日,9月6日-10月27日)
空调机组关闭,用户所需的冷热热负荷为零,所需的电负荷由微型燃气轮机供给,每日耗电2000Kwh,燃气轮机效率为29.6%。
在这期间对空调机组进行维修.,微型燃气轮机余热供给附近造纸厂锅炉。
所有机组运行平稳,实际可靠状况接近100%。
条件:
设定锅炉供热额定容量600Kw,由于每天平稳运行,按照600Kw进行计算,忽略其他因素,燃气机组被利用的余热为额定功率的40%。
本运行系统处于平稳状态,故仅列出一天的运行指标。
居民电负荷
锅炉供热
燃气轮机耗能
总耗能
PER
节能率
2000Kwh
600Kw
281.53Kw
919Kw
1.27
11.4%
4.全年能源利用效率
五.居民生活热水供应(太阳能热水系统):
居民生活热水主要由太阳能集热器供给,由下列数据分析可知,太阳能供热系统可完全满足居民生活热水的使用,不需要进行电加热。
月份
自来水温℃
人均用热水量m3/(人·月)
热负荷kJ
辐射特性kJ/(户·月)
1
3.00
2.44
2336.54
320760.00
2
4.00
2.56
2408.45
386640.00
3
4.00
2.22
2088.58
457920.00
4
5.00
2.17
2005.08
561600.00
5
10.00
2.22
1864.80
597240.00
6
15.00
2.11
1595.16
591840.00
7
15.00
2.22
1678.32
546480.00
8
15.00
1.67
1262.52
503280.00
9
10.00
1.94
1629.60
402840.00
10
8.00
2.00
1747.20
358560.00
11
6.00
2.50
2268.00
314280.00
12
4.00
2.22
2088.58
287280.00
月份
太阳能供应热水能量KJ
热负荷功率KW
太阳能供热水功率KW
太阳能利用率%
1
128304
0.000901444
0.0495
1.8211
2
154656
0.000929185
0.059666667
1.5573
3
183168
0.000805778
0.070666667
1.1403
4
224640
0.000773565
0.086666667
0.8926
5
238896
0.000719444
0.092166667
0.7806
6
236736
0.000615417
0.091333333
0.6738
7
218592
0.0006475
0.084333333
0.7678
8
201312
0.000487083
0.077666667
0.6271
9
161136
0.000628704
0.062166667
1.0113
10
143424
0.000674074
0.055333333
1.2182
11
125712
0.000875
0.0485
1.8041
12
114912
0.000805778
0.044333333
1.8175
6.小结
本方案是基于混合能源(农村沼气+外部煤气),排放物主要是二氧化碳以及水,对环境基本无污染,合理利用农村资源,实现能源的循环使用,具有一定的经济性。
不足之处:
一是前期投入大,需要建设集中供能厂房,燃气轮机空调机组以及相应辅助设施的建设;二是由于春秋季空调机组停止运行以及夏冬季空调机组交替运行,在启动与终止阶段耗能较高,需要更多的管理费用。
对于新能源利用状况,考虑到实际因素,太阳能只被利用提供生活热水,风能蕴藏量较小,无法使用,地处农村,对生物质能利用较多。
方案为传统能源与新能源的结合,这也是目前广泛接受的利用方式。
附件一:
供能模式一的每天数据
附件二:
供能模式二的每天数据
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