燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化設計與運行

王革非

(南京汽輪電機(集團)有限責任公司 江蘇 南京 210000)

1 燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行價值

想要對整體問題進行研究，就必須要在一定程度上明確燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行價值。對于燃氣輪機熱電冷聯產系統來說，其存在著極強的節能性，也正是因為燃氣輪機熱電冷聯產系統具備這一特征，所以其得到了快速的發展，對其進行應用相當于合理地利用能源，這對于我國的發展來說具有較強的經濟意義。目前有相關人士從不同角度對燃氣輪機熱電冷聯產系統的的經濟性以及節能性問題進行了分析，雖然具體的分析與評價方式存在差異，但得出的結論都認可燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行價值。如今燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化已經成為了工程界的討論熱點問題，但在學術界還存在著研究空白，所以必須要對燃氣輪機熱電冷聯產系統優化設計的問題進行分析。以上所述基本就是燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行價值。

2 燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化設計與運行研究

2.1 燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化基礎

對于燃氣輪機熱電冷聯產系統而言，其主要的燃料為天然氣，其優化基礎在于不同的燃氣輪機熱電冷聯產系統型式，無論是燃機余熱鍋爐型還是燃氣-蒸汽聯合循環型，亦或是開式注蒸汽燃機循環型、閉式注蒸汽燃機循環型都需要包括在其中。對于閉式注蒸汽燃機循環型而言，其在冬季主要利用供熱回水和熱泵冷水的方式來冷卻濕煙氣，之后對所注水分進行回收，降低出現熱霧污染的幾率，而冷凝鍋爐則是指通過冷凝煙氣中的相關水蒸汽，以利用其汽化潛熱為手段，提高熱效率，根據發熱量計算，這種形式的熱效率可達到100%，如果能夠對其進行優化，就可以進一步詮釋其經濟效益與社會價值。

2.2 燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化配置方法

從燃氣輪機熱電冷聯產系統的優化配置方法來看，無論是全年總費用法還是層次分析法都需要包括在其中，從全年總費用法的角度來看，其主要是將工程方案的整體過程進行投資折算，從施工開始到基建結束，整體過程的投資折算到結束年份，之后對折算后的投資進行平均分攤，與年運行的具體費用進行相加，就能夠得出全年整體的費用，對方案進行比較是將工程方案從施工到結束的投資折算，與年運行費用相加，之后得出總費用，比較不同的方案能夠發現全年總費用最低的方案存在著較高的經濟性，主要以全年總費用為目標函數，以現有的相關燃機等設備性能為約束條件，在優化配置方案中先對某種具體的配置方案進行搜索，就可以根據各個時段的能量需求得到優化運行方案與全年最優運行費用，計算全年總費用，最終全年總費用最少的配置方案為優化方案。在具體的時段從外界輸入到系統的具體燃料費用與購電費用的和為J(k)，其中C fbuy代表燃料價格，C ebuy為購電價格)，全年設備的整體費用為C c，在一年中以春秋為典型日，同時夏季和冬季分別為不同的典型日，總和為365d，從開始施工到施工結束的所有投資等于某種具體配置方案的設備費用，通過相關的模型以及全年的總費用方式可以獲得全年總費用最少的優化配置.

再從層次分析法的角度來看，之所以需要對其進行研究，主要是因為如果只從全年總費用的角度評價電站往往會存在著不合理、不完善的情況，尤其是對于一些調峰性能較高的電站來說，其在配置蓄冷方面往往具備一定的好處，而對于那些對占地面積要求不高的情況而言，往往是不配置蓄冷占優，所以需要從不同方面合理開展評價，無論是占地面積還是調峰性能都包括在其中。系統配置涉及到的因素包括多審目標與搜索空間目標，一些因素很難應用數字模型進行定量分析，層次分析法則會在系統合理方案選擇的過程中做出決策，其具備較強的實用性與多目標特點，將定性與定量的相關指標完全統一在模型當中，以全年總費用最少為目標，優化配置方案，之后利用層次分析法對最終的配置方案進行確定。具體如何進行優化，也需要根據實際情況進行不斷地探索。

2.3 燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行

燃氣輪機熱電冷聯產系統的運行與燃氣輪機熱電冷聯產系統的具體情況息息相關，因為在燃氣輪機熱電冷聯產系統中存在著很多的優點，無論是系統簡單還是投資減少都包括在其中，通過補燃的方式能夠對尖峰鍋爐和風機的費用進行節省，利用燃機排氣余熱在冬季夜間低電價時，其存在著需熱量較大的客觀情況，雖然對燃機發電加余熱鍋爐補燃供熱進行利用仍然可以在現實中獲得一定的經濟利益，但是由于在春夏秋季不需補燃，所以該系統多余的蒸汽量較大，即便進氣冷卻能夠減少蒸汽量，也存在著很多多余的蒸汽量，這也應該引起人們的重視。

3 結論

綜上所述，從現實情況來看，燃氣輪機熱電冷聯產系統在國內的應用時間相比較于國外還不夠長，同時存在著很多的應用問題需要解決，這些問題及相關因素的存在都限制了燃氣輪機熱電冷聯產系統的作用，對于燃氣輪機熱電冷聯產系統而言，其主要的燃料為天然氣，其優化基礎在于不同的燃氣輪機熱電冷聯產系統型式，無論是燃機余熱鍋爐型還是燃氣-蒸汽聯合循環型，亦或是開式注蒸汽燃機循環型、閉式注蒸汽燃機循環型都需要包括在其中。