天然气基分布式供能与大型公共建筑用能一体化系统研究

针对天然气基分布式供能系统与建筑一体化应用，尚未解决的产能、蓄能、用能耦合机制、全工况调控机制等关键科学问题，以能的综合梯级利用为基础理论，以局部与整体关联性、过程不可逆性、能量/物质输送耦合特性为突破口，采用理论推导、数值模拟、建筑能耗监测与蓄能实验研究等研究方法，推导天然气基分布式供能、蓄能、大型公共建筑用能系统内部以及子系统之间的能品位互补特征方程。从子系统间能的"质与量"耦合特性角度出发，揭示天然气基分布式供能系统变工况、大型公共建筑逐时用能变负荷动态规律以及蓄能系统蓄/释能动态特性之间耦合机理，进而揭示天然气分布式供能与大型公建用能一体化系统集成机理。提出天然气基分布式供能系统与大型公共建筑用能一体化系统集成方法，并集成典型一体化系统。以期为天然气基分布式供能与建筑用能一体化系统集成提供理论依据，也为建筑节能领域的研究提供新的研究思路和研究方法。

该项目根据大型建筑以及建筑群冷热电能源需求特征，以及目前大电网、常规冷热供能方式存在的弊端，提出了基于天然气基分布式能源子系统与可再生能源子系统耦合一体化供能系统构成的建筑能源物联网，该建筑能源物联网系统层级为城市级，其核心在于，将天然气基分布式能源系统、先进蓄能系统以及建筑能耗监测系统经过多层智能网架构成一体，形成城市范围内的建筑能源生产、存储、输配、用能四位一体智能优化运行，最大限度的提高常规化石能源利用率以及可再生能源的利用比率。 核心研究内容包括：供能系统的布点原则、供能系统容量设计、供能系统结构设计、冷热管网输配系统、物联网控制系统等。. 首先，最初研究对象为大型公共建筑一体化供能系统，在研究中发现建筑用能与工业用能特征有较大差异性，存在较大的波形特性。由于城市用能清洁、便捷特性需求，天然气作为分布式能源系统的一次能源输入毋庸置疑，而基于天然气基的分布式冷热电系统，其变工况下，基于现有的技术水平与管理手段，系统性能将严重恶化，往往就经济与能源性能来说，低于传统的建筑供能方式。因此项目负责人从逆向考虑问题，不在从提高分布式能源系统变工况特性研究，而通过系统供能模式的调整，使得分布式能源系统保持在额定工况运行，通过供能模式的调整满足建筑物冷热电负荷的大幅波动。因此，提出了一定区域范围内构建能源物联网的供能模式，即选择城市范围，设置若干个供能点以及蓄能点，通过冷热电网络实施供能，通过对用能点的能耗需求预判进行优化调整运行，每个供能点通过启停进行大幅负荷调整，蓄能则满足小幅负荷波动，从而实现能源利用率最大化。. 在上述研究基础之上，研究团队成员从冷能输送管网优化角度，确定了包含集中供冷的供能站布点原则，明确集中供冷半径最大不应超过1.8公里，如果继续增加供能半径，则性能低于普通电压缩制冷，最终研究结果为，天然气基分布式冷热电系统，采用烟气余热吸收式制冷最大供冷半径为1.8公里，如果冷量过剩，则需要重新进行系统容量设计，如果存在更远距离冷量需求对象，则采用当地电压缩制冷能源性能更优。. 在分布式供能系统架构层面，突破传统天然气分分布式冷热电系统的余热模式，借助地源热泵系统，改变地源热泵与分布式粗糙并联模式，将烟气作为二次加热源，提升地源热泵产品品质，在不改变余热利用率基础上，大大提高地源热泵COP，从而提高整个系统的能效。