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燃气轮机

元件定义​

该元件指燃气轮机的设备设施，燃气发电机组是适应世界环保要求和市场新环境而开发的新型发电机组，一些发电机组还可与余热回收装置一起作为热电联供机组。燃气轮机的工作过程是：压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。

信息

在平台中，燃气轮机机组实现热电联供，即CHP（Combined Heating and Power），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热热水锅炉等)向用户提供热水。通过这种方式大大提高整个系统的一次能源利用率，实现了能源的梯级利用。还可以提供并网电力作能源互补，整个系统的经济收益及效率均相应增加。

其数学模型如下：

P=FηeP =F\eta_e ηq+ηp+ηl=1\eta_q + \eta_p+\eta_l = 1

式中：F 是燃料提供的总功率（kW\mathrm{kW}）,P 是发电机的额定功率（kW\mathrm{kW}）,ηp\eta_p代表发电效率,ηl\eta_l代表燃气轮机的损失系数。

Q=Fηh=m(hout−hin)Q =F\eta_h= m(h_{out}-h_{in})

式中：Q是制热功率（kW\mathrm{kW}），ηh\eta_h代表制热效率，m为流体质量流量（kg/s\mathrm{kg/s}），hinh_{in}为流体进口比焓（kJ/kg\mathrm{kJ/kg}），houth_{out}为流体出口比焓（kJ/kg\mathrm{kJ/kg}）。

燃气轮机
燃气轮机

元件说明​

属性​

CloudPSS 元件包含统一的属性选项，其配置方法详见 参数卡 页面。

参数​

设备参数​

参数名键值 (key)单位备注类型描述
生产厂商manufacturer生产厂商文本生产厂商
设备型号equipType设备型号文本设备型号
局部压降系数LocalPressureDropCoekPa/(m3⋅s−1)2\mathrm{kPa/(m^3 \cdot s^{-1})^2}局部压降系数实数局部压降系数
功率因数PowerFactor功率因数实数功率因数，范围为0-1，一般在0.9-1
设备工况OperateParam设备工况表格设备多挡位变工况运行参数，为表格，分别录入不同挡位的发电功率[kW]:GeneratingPower;发电效率 [%]:GeneratingEfficiency和制热效率 [%] HeatEfficiency
最小供水温度MiniOutletTemp∘^{\circ}C最小供水温度实数最小供水温度，运行约束参数在计算时不生效，无意义
最大供水温度MaxOutletTemp∘^{\circ}C最大供水温度实数最大供水温度，运行约束参数在计算时不生效，无意义

基础参数​

参数名键值 (key)单位备注类型描述
元件名称CompName元件名称文本元件名称
元件类型CompType选择元件类型选择选择交流元件时输出交流电；选择直流元件时输出直流电。
设备配置台数DeivceNumber台设备配置台数自然数设备配置台数
待选设备类型DeviceSelection从设备库中选择设备类型选择选择数据管理模块录入的设备型号，将燃气轮机元件的厂家、产品型号、额定运行参数自动绑定为对应设备在数据管理模块中录入的参数。
上网计价模型SalePriceModel上网计价模型选择综合能源系统的新能源等将电出售给外部电源的上网价格模型，计入项目收入
燃料价格模型FuelPriceModel燃料价格模型选择用于计算燃料耗量、燃料购置费用（计入项目支出）以及其污染物排放量

仿真参数​

在仿真参数中编辑设备的仿真边界条件，主要包含运行方式和运行策略曲线。

参数名键值 (key)单位备注类型描述
出力模式SettingParaType选择运行模式选择在输入仿真运行策略前需要指定设备运行模式。有温度和功率两种模式。若选择温度模式，则设备出力根据系统计算得到。若选择功率模式，设备出力为用户指定功率。
温度模式运行策略OutletTemp配置设备在不同时刻的运行温度表格仅当出力模式项为温度模式时生效，在表格中录入各个时间段对应的出口温度。 开始时间对应每个仿真时刻，供水温度为设备出口温度。
功率模式运行策略PowerGenerating配置设备在不同时刻的功率表格仅当出力模式项为功率模式时生效，在表格中录入各个时间段对应的设备运行策略。 开始时间对应每个仿真时刻，设备启停运行策略为设备运行挡位和运行台数的组合，注意设备运行总台数不能超过设备配置台数。

优化参数​

在优化参数中编辑设备的优化条件。

参数名键值 (key)单位备注类型描述
是否优化该设备OptimizationChoice是否对燃气轮机元件的运行方式进行优化选择选择在运行优化时是否优化该元件，如果选是则会对设备的运行策略进行优化生成，如果选否则会直接使用仿真策略参与优化

引脚​

燃气轮机的输出有电接口和水出口引脚，输入为水进口，用于将燃气轮机元件与其他电设备连接，支持线连接和信号名的连接方式。

引脚的名称、键值、维度、定义描述的详细说明如下表所示。

引脚名键值 (key)维度描述
电接口DC/AC1×1可以在引脚处输入相同的字符使得燃气轮机与其他电元件相连，当基础参数元件类型项是直流元件时，键值为 DC；元件类型项是交流元件时，键值为 AC。
水进口InletWater1×1可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他电元件相连
水出口OutletWater1×1可以在引脚处输入相同的字符使得设备与其他电元件相连

常见问题​

元件模型是否准确？
燃气轮机组模型较为简单，平台主要关注燃料与电、热之间的转换关系，并未关注发电、压缩、燃烧、透平等电热过程，模型只关注燃料热值、电热功率、流体进出口温度流量等参数，对于各部件的过程参数并不关注。
能否对燃气轮机机组启停过程进行仿真？
可以，对于机组启停等复杂过程，可以通过变工况模型来近似仿真。
燃气轮机为什么有热水进出口？
IESLab 平台的燃气轮机为 CHP（Combined Heating and Power） 机组，机组的余热通过余热回收利用设备(余热热水锅炉等)向用户提供热水。
燃气轮机可以使用煤炭为燃料吗？
可以的，IESLab 平台的燃气轮机为燃料转换为电和热的通用模型，不仅可以使用天然气，还可以使用煤炭、甲烷等做燃料。
燃气轮机的交直流元件有什么区别？

选择交流时输出交流电，选择直流时输出直流电在能量流计算过程中均为 PQ 节点。

注意，交流元件和直流元件不能直接相连。

燃气轮机元件在建模仿真平台使用时需要配置哪些元件参数？数据管理模块需要配置哪些数据？

在对燃气轮机元件进行仿真模拟前，务必录入编辑元件的基础参数和仿真参数；

在数据管理模块需要配置燃气轮机的额定运行参数。并在基础参数中绑定数据管理模块的燃气轮机。

燃气轮机元件的运行方式有哪几种配置方式？

共有 3 种，其中仿真 2 种，运行优化 1 种模式。

  1. 仿真：供水温度模式

    用户已知燃气轮机机组的热水出口温度时，运行模式设置为供水温度，同时优化参数选择“否，使用仿真策略”。
    此时，燃气轮机机组的供热功率由进出口温度、流量等参数计算得到，发电功率根据电热效率计算，类似于背压式热电联产机组，即“以热定电”模式，为北方供热电厂的主流运行模式。

  1. 仿真：发电功率模式

    用户已知燃气轮机机组的发电功率时，运行模式设置为发电功率，同时优化参数选择“否，使用仿真策略”。
    此时，燃气轮机机组的供热功率根据电热效率计算，进出口温度根据热功率和流量等参数计算得到，类似于抽气式热电联产机组，即“以电定热”模式，适用于有发电需求，同时负荷变化幅度较大，变化频繁的区域性热电厂。

  1. 运行优化

    此时燃气轮机元件的出力由系统优化计算得到，但是不读取仿真参数，需要将优化参数的是否优化该设备项设置为是即可。

运行策略的开始时刻必须和仿真时刻一致吗？

建议保持一致。若运行策略的开始时刻与仿真时刻不一致，平台会自动采用插值和外推算法填充。 特别注意：对于运行策略，在仿真时刻之外的时间段策略，为前平推和后平推，即，策略之前的数值始终为策略的第一个值，策略之后的数值始终为策略里最后一个值。