復(fù)雜能量系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析與優(yōu)化.pdf

1、我國(guó)的能源資源相對(duì)貧乏，能源利用率低，能源工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染嚴(yán)重，能源與環(huán)境問題制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。以燃煤機(jī)組為主的各種能量系統(tǒng)存在著巨大的節(jié)能潛力，采用合理的方式進(jìn)行節(jié)能降耗，不僅能節(jié)約資源同時(shí)又能改善環(huán)境，對(duì)我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要與深遠(yuǎn)的意義。本文正是在此背景下，將燃煤發(fā)電機(jī)組作為主要研究對(duì)象，以能源－經(jīng)濟(jì)－環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展為主線，將過程系統(tǒng)工程的建模、分析方法作為主要研究手段，利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論，建立了一整套能量

2、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)、診斷和優(yōu)化方法，為包括燃煤發(fā)電機(jī)組在內(nèi)的各種復(fù)雜能量系統(tǒng)的節(jié)能降耗與優(yōu)化改造提供科學(xué)、可靠的理論依據(jù)。 本文首先回顧了能量系統(tǒng)建模及評(píng)價(jià)的主要方法，指出傳統(tǒng)方法中存在的問題及局限性，確定了以過程系統(tǒng)工程和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論作為系統(tǒng)建模和評(píng)價(jià)的主要方法。隨后，圍繞熱經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中的主要研究方向展開更深入的綜述及討論，涵蓋自熱經(jīng)濟(jì)學(xué)創(chuàng)建以來所有重要的研究方法及理論，深入分析了各種方法的優(yōu)勢(shì)及存在的問題，最終確立了以熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理

3、論作為本文的理論基礎(chǔ)，力圖通過提煉熱經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中其它方法的特色及優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步改進(jìn)和完善熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論。 系統(tǒng)的建模和仿真是進(jìn)行系統(tǒng)分析和優(yōu)化的前提，本文基于過程系統(tǒng)工程的建模和仿真原則，利用熱力學(xué)仿真作為研究平臺(tái)，針對(duì)湖南某電廠N300-16.7/537/537-1型燃煤機(jī)組開發(fā)了一套穩(wěn)態(tài)仿真系統(tǒng)。通過改變系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)、負(fù)荷和環(huán)境條件，能夠仿真電廠在不同工況下的運(yùn)行特性，系統(tǒng)仿真所獲得的結(jié)果與實(shí)際電廠的性能測(cè)試數(shù)據(jù)相比誤差不

4、超過2％。 在熱力學(xué)建模的基礎(chǔ)上，利用熱力學(xué)第二定律及熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論構(gòu)建了一套完整的包括燃煤電廠在內(nèi)的各種復(fù)雜能量系統(tǒng)的火用分析及熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法。以300MW燃煤機(jī)組為例，詳細(xì)論述了將熱力學(xué)仿真模型轉(zhuǎn)化為熱經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的主要過程。使用基于燃料－產(chǎn)品定義的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、火用成本和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本模型量化了設(shè)備之間的生產(chǎn)交互過程，分析了系統(tǒng)成本形成的熱力學(xué)過程及其分布規(guī)律。 利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論雖然能夠獲得系統(tǒng)中各設(shè)備產(chǎn)品的單

5、位成本，但利用這些成本仍然不能有效辨識(shí)系統(tǒng)或組件性能變化的原因。本文通過改進(jìn)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論中的火用成本和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本方程，得到了各組件產(chǎn)品火用成本和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本的組成，并且獲得了在全局生產(chǎn)條件下系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即比不可逆成本。利用該指標(biāo)，能夠基于同樣一個(gè)基準(zhǔn)，比較同一系統(tǒng)內(nèi)部或不同系統(tǒng)之間各組件的生產(chǎn)性能。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)診斷的“逆向問題”（即誘導(dǎo)故障的辨識(shí)問題）至今仍然沒有很好的解決辦法，成為熱經(jīng)濟(jì)學(xué)故障診斷領(lǐng)域的一大難題。為

6、此，本文提出了基于系統(tǒng)仿真的誘導(dǎo)故障數(shù)值逼近方法，并將其與傳統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)故障診斷方法相結(jié)合，建立了一套逐步分離誘導(dǎo)影響的評(píng)價(jià)體系，并將該方法應(yīng)用于300MW燃煤機(jī)組的故障分析。 針對(duì)全局優(yōu)化和局部?jī)?yōu)化方法的不足，本文在熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化原理的基礎(chǔ)上，綜合多位研究學(xué)者的工作，改進(jìn)并建立了一套“局部－全局分解優(yōu)化”LGDO方法。其目的并不是要嚴(yán)格達(dá)到熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化，而是試圖尋找一種系統(tǒng)分解策略，將耦合程度較大的組件劃分