生物质气化燃料电池-燃气轮机(BGFC-GT)一体化多联产系统的全局优化集成策略研究

The proposed project is focused on the integrated biomass gasification fuel cell - gas turbine (BGFC-GT) polygeneration technology. Global optimization and integration strategy will be introduced as a core idea to explore the key scientific issues in system integration and optimal design of BGFC-GT. The modelling theory about integrated systems will be investigated to gain a thorough understanding of the systems' operation mechanism. The system integration and coupling principles will be unveiled as well. Based on platforms such as gPROMS and Matlab, system performance over the entire operation regions will be determined and analyzed through detailed process simulation. Methods of defining and analyzing the overall efficiency of energy transfer in the system will be explored. In order to improve the global optimization & integration theories and assessment models, thermo-economic methods will be used to develop a multi-objective control theory of the system in its high efficient production, effective emission control, and cost effective operation, from a holistic point of view. On the basis of the above work, the optimal design and operation strategies of the integrated BGFC-GT polygeneration systems will be concluded, and a robust theory system and technological framework about system integration, optimal design, and comprehensive evaluation of BGFC-GT will be established. The project is expected to provide important guidance for the R&D in not only BGFC-GT but also other polygeneration technologies.

围绕生物质气化燃料电池-燃气轮机（BGFC-GT）一体化多联产技术展开研究，针对BGFC-GT系统集成和优化设计中的关键科学问题进行探索，引入"全局优化集成"的核心思想。开展系统一体化模型的建模理论研究，透彻理解系统的运行机理，揭示系统的集成耦合原理。依托gPROMS、Matlab等模拟仿真平台，通过详细的流程模拟开展全工况范围的性能计算与分析，建立基于能量传输全路径的整体效率定义和分析方法。拓展热经济学在BGFC-GT系统中的应用，从整体的观点出发探索系统高效生产、污染控制与经济效益一体化的多目标控制原理，完善系统的经济、环境与能效全局优化集成理论与评估模型。在上述工作的基础上，总结系统的最佳设计运行方案，形成BGFC-GT一体化多联产在系统集成耦合、优化设计、综合评价方面一整套科学的理论体系与技术框架，为BGFC-GT及同类多联产技术的发展提供理论依据与决策参考。

生物质气化燃料电池-燃气轮机（BGFC-GT）一体化多联产是从整体最优角度提出的一种高度集成的资源能源一体化前沿技术，与常规发电技术相比具有效率高、排放低、发电规模灵活、适合联产联供等诸多优势。此概念一经提出便迅速成为相关领域关注的热点，但由于系统本身的复杂性及其高度耦合集成的特殊性，国际上针对整个BGFC-GT系统开展的研究鲜有成果发表。..本课题属于工热、化工、能源等多学科交叉融合的研究项目，主要围绕BGFC-GT多联产技术在系统集成和优化运行中的关键问题进行了探索。依托gPROMS、Matlab、GAMS等模拟与优化平台，对BGFC-GT进行了一体化的系统建模、仿真、分析与优化，对系统内不同单元部件的耦合方案及系统构形进行了深入研究，旨在揭示系统的集成耦合原理和优化运行机制。同时基于BGFC-GT的一体化模型构建了几类新型多联产循环，包括BGFC-GT与超临界有机朗肯循环的联合系统，BGFC-GT与地源热泵的耦合系统，BGFC与超临界二氧化碳布雷顿循环的联合系统，BGFC与热光伏电池的耦合系统等。通过详细的流程模拟开展全工况的仿真计算与性能分析，深入揭示联合系统的固有特性，确定其最佳耦合方式，有效回收利用系统的余热，提高能量转换效率，由此建立系统的优化理论，提供最优设计运行方案，促进BGFC-GT一体化多联产在一些新领域中的应用。在前述工作的基础上进一步探索了该技术的一些实际应用，包括对千瓦级BGFC微型热电联产系统为不同气候区城市居民家庭供能的可行性进行了评估，并结合真实的园区改造案例针对多联产过程中能源资源的优化配置及相关数学算法进行了研究，获得了对实际应用有指导意义的新结果。此外，在扩展研究中开发了适用于多联产技术研发的系统技术成熟度评估工具，可为同类复杂多联产系统的研究与开发提供支持。..截至目前，本课题在国际学术刊物上正式发表论文5篇，其中SCI收录3篇（包括JCR一区及二区期刊），EI收录2篇，另有4篇论文在投。发表国际会议论文2篇，参与撰写英文专著一部，申请发明专利1项，获软件著作权2项。