《Energy》：A Novel Optimization Method of Integrated Cooling, Heating and Power Production and Consumption for Exergy Efficiency Maximization
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传统冷热电联供（CCHP）系统缺乏与耗能化工过程集成优化以最大化整体?效率。研究人员通过供应侧与需求侧的定量配置，提出一种新型集成冷热电生产与消费（ICHPPC）系统。首先，建立了一个以?为导向的阶段式超结构，该结构同时包含供应侧的发电和需求侧的冷热电消耗，通
传统冷热电联供（CCHP）系统缺乏与耗能化工过程集成优化以最大化整体?效率。研究人员通过供应侧与需求侧的定量配置，提出一种新型集成冷热电生产与消费（ICHPPC）系统。首先，建立了一个以?为导向的阶段式超结构，该结构同时包含供应侧的发电和需求侧的冷热电消耗，通过技术路径实现。基于热力学原理、级联温度划分和热量提取，构建了一个混合整数非线性规划（MINLP）模型以最大化总?效率。案例研究表明，以电、热、冷为主导的场景中，总?效率提升率（TEERR）分别为53.57%、26.98%和34.61%，而一次资源节约率（PRSR）分别为36.70%、23.38%和27.82%。所提出的方法证实，与传统独立发电系统相比，ICHPPC系统能够显著提高能源利用效率和总?效率。
化石燃料消费在驱动社会经济发展的同时，也导致大量温室气体排放，引发严峻的环境问题并阻碍可持续发展。中国于2020年提出“碳达峰”和“碳中和”目标以缓解全球变暖。化工过程属于能源密集型行业，需消耗大量电力、热力和冷能。传统的电力、热力和冷能通常由独立系统分别生产：煤电厂发电的?效率约为35.85-42.31%，工业蒸汽锅炉约为38.57%，压缩制冷与吸收制冷联合使用的?效率约为23.70-32.10%。这些独立系统由于无法充分利用燃煤烟气中不同品位的能量，整体?效率较低。热电联供（CHP）系统通过梯级利用提高了效率，冷热电联供（CCHP）系统进一步同时提供冷热电，但现有CCHP系统的优化通常仅从供应侧出发，给定技术路径后形成固定的冷热电配比，未考虑需求侧（如设备可由电力或蒸汽驱动）的灵活配置。供应侧与需求侧的路径不匹配可能导致整体?效率未达最优。为此，研究人员提出一种集成冷热电生产与消费（ICHPPC）系统的新方法，将供应侧和需求侧统一在同一个框架内。
该研究基于热力学原理，首先建立了以?为导向的阶段式超结构，同时涵盖供应侧的发电路径（包括7个发电系统、3个蒸汽系统、1个吸收制冷系统）和需求侧的应用路径（如加热、冷却、压缩/泵送等）。采用级联温度划分和热量提取方法，构建了以总?效率最大为目标函数的混合整数非线性规划（MINLP）模型。案例研究以某煤粉发电厂的高温烟气（温度区间1400-100°C）为热源，选取某煤化工企业的4个应用路径，通过Aspen Plus V12.1进行全流程模拟。结果表明：在电力主导情景下，总?效率提升率（TEERR）为53.57%，一次资源节约率（PRSR）为36.70%；热力主导情景下TEERR为26.98%，PRSR为23.38%；冷力主导情景下TEERR为34.61%，PRSR为27.82%。该方法证实ICHPPC系统相比传统独立系统能显著提高能源利用效率和总?效率。该研究发表在《Energy》期刊上。
**主要关键的技术方法**（不超过250字）：
该研究采用的关键技术方法包括：1）建立基于?分析的阶段式超结构，将供应侧和需求侧的技术路径同时纳入统一优化框架；2）采用级联温度划分方法对高温烟气（1400-100°C）进行梯级热量提取，最大化热?利用；3）构建以总?效率最大为目标函数的混合整数非线性规划（MINLP）模型，同时考虑路径选择和能量分配；4）案例研究以某煤化工企业的实际生产数据为样本，选取11个生产路径和6个应用路径，通过Aspen Plus V12.1进行全流程热力学模拟，验证模型有效性。
**研究结果**（保留每个小标题）：
1. **超结构（Superstructure）**
研究人员建立了ICHPPC系统的超结构，包含供应侧模块（发电、产蒸汽、吸收制冷）和需求侧模块（加热过程、冷却过程、压缩/泵送等），通过级联温度划分实现烟气热量的分级利用，为后续模型建立奠定了基础。
2. **供应侧输入?变化（Input exergy variation of supply side）**
给出了热源在各温度区间的热负荷和输入?变化的计算公式（如公式（1）-（3）），为模型提供输入参数。
3. **案例研究（Case study）**
以煤粉发电厂高温烟气为热源，选取煤化工企业的11种生产路径和6种应用路径进行模拟和优化。结果显示：在电力主导情景下，总?效率提升率（TEERR）为53.57%，一次资源节约率（PRSR）为36.70%；在热力主导情景下，TEERR为26.98%，PRSR为23.38%；在冷力主导情景下，TEERR为34.61%，PRSR为27.82%。验证了ICHPPC系统在不同需求情景下的优越性。
**总结讨论与翻译结论**：
在讨论中，研究人员指出ICHPPC系统通过将供应侧和需求侧联合优化，克服了传统CCHP系统仅从供应侧优化导致的配置不匹配问题，显著提高了总?效率，并减少了资源消耗和碳排放。该方法为化工企业冷热电能源的集成管理提供了理论依据。
**翻译研究结论部分**：
本文提出了一种集成冷热电生产与消费（ICHPPC）系统的优化方法，将能源生产与消费统一在一个框架内。基于热力学原理，该方法考虑了烟气热量输入?与物流?变化之间的最优路径选择，建立了超结构并构建了相应的混合整数非线性规划（MINLP）模型以最大化总?效率。此外，通过引入总?效率提升率（TEERR）、一次资源节约率（PRSR）、总年化成本节约率（TACSR）和碳排放减排率（CDER）等指标，验证了该方法的有效性。
