可移动式微型冷热电联产系统实验研究与分析

基于燃气内燃机的微型冷热电联供系统,由于价格低廉,灵活性、适用性好,十分适合在我国的开展与应用,成为近期节能领域的研究热点。由于内燃机自身的特点,决定了基于内燃机冷热电联供系统属于多种类热源输入、多热用户输出的场合,并且同时还需要实现对热源(缸套水)温度的控制,该系统通过结合微型燃气内燃机、小型余热吸附式制冷机组和热管理器,搭建可移动式微型冷热电联产系统,对系统进行实验研究和分析,并结合理论模拟进行比较并对系统经济性进行分析。本文的研究成果对基于内燃机的小型/微型联供系统的实用化和商业化具有重要意义,有利于大众接受,促进联供系统向家用和小型商用领域的推广和应用。 主要的研究内容包括:1)对冷热电联产系统进行集成模块化,设计并建成了基于小型燃气内燃机和高效余热吸附制冷机相结合的制冷量为10kW的高度集成的可移动式微型冷热电联供实验系统,系统主要由小型燃气内燃机发电机组(额定发电量16kW)、余热吸附制冷机组(额定制冷量10kW)、热管理器、补给水箱和冷却塔等组成,能够实现三种工作模式:夏季制冷模式、冬季采暖模式和春秋季生活热水模式。实验主要对系统在夏季冷热电联产模式和冬季热电联产模式下进行分析研究。系统可以同时提供峰值发电量16kW,峰值制冷量10kW或峰值供热量34kW。全年运行一次能源利用率在70%以上,按照目前的能源价格,系统投资回收期基本为5年以内。本研究实现了微型冷热电联供系统由理论向实验室研究转化的突破,为进一步向工程实际应用转化打下了基础。2)对所研制开发的微型冷热电联供系统进行了长期的实验性能研究,获得了大量的具有实用价值和指导意义的实验结果,主要考察了在设计工况和非设计工况下系统的实际工作性能,分析了系统两主要部件之间的匹配关系,并获取了包括部件设计、系统匹配、运行控制等在内的第一手实验数据和必要的实践经验,为系统装置的优化设计和系统优化运行提供可靠的实验依据,并为微型冷热电联供系统的深入研究和实际应用打下了基础。3)基于系统,对微型燃气内燃机建立了数学模型,并参考小型余热型吸附式制冷机和热管理器模型,对实验结果和理论模型进行了分析,这对今后进一步实验研究以及如何改进系统都具有指导意义,并为之提供了可靠的理论基础和支持。4)基于系统本身的特点,在小型宾馆以及小型商业场合,该可移动式冷热电联产系统具有较好的经济性,并具有可靠的性能和实际应用价值。 通过对该可移动式冷热电联产系统的实验研究和分析,对今后微型冷热电联产系统进一步发展提供了很好的实验支持和基础,为微型冷热电联产系统的普及提供了较好的实验和理论基础。