多能互补协同蓄能系统热力学分析与运行优化

提出了一种多能互补协同蓄能建筑供能系统,该系统将空气源热泵、水源热泵、太阳能热电联产组件以及蓄能技术（蓄冷、蓄热）有效结合,实现了可再生能源的高效利用与建筑的经济供能,利用热力学分析方法对该供能系统进行性能分析与运行优化研究。首先,通过能源监控平台收集该供能系统的实际运行数据建立了系统分析模型,并对冬季典型日工况进行了系统性能分析,结果表明系统运行稳定,其夜间蓄能平均COP和效率分别为2和32.24%,均高于常规系统。接着,通过分析系统冬季实际运行数据,总结出了各蓄能工况的运行规律,并制定了系统优化运行策略。最后,对该多能互补系统进行了热经济学评价,本系统单位面积供热费用仅为12.5 CNY/m²,年单位成本为2.16 CNY/kWh,且相较于常规空气源热泵直供系统和燃气热水锅炉供暖系统,本系统的动态回收期分别为3.66年和2.47年,经济效益优势明显,是值得推广的供能系统形式。     

相变蓄能-热泵多能互补供能系统冬季性能分析

研发了一种新型相变蓄能-热泵多能互补供能系统,该系统冬季可利用水结冰过程释放的潜热作为水源热泵的低温热源,再通过空气能融冰将热量储存于蓄能水箱中,可使系统保持较高的运行性能,同时解决了传统空气源热泵结霜问题。本实验对相变取能供暖、融冰蓄能及空气能直接供暖3种冬季运行模式进行实际测试及理论分析。结果表明,相变取能供暖模式下,平均机组性能系数（COP）达2.80,系统COP达2.10;融冰蓄能模式下,蓄能水箱循环载冷剂进出口温差维持在2℃左右,融冰时长为7h;空气能供暖模式下,平均机组COP达2.73,系统COP达1.93。系统性能在3种运行模式下较为稳定,性能较好。同时对系统节能量、CO₂减排量及经济性进行了分析。该综合供能系统节能减排效果较为显著,为寒冷地区的农村建筑采暖、"京津冀"煤改电政策的实际推广,提供了新的技术方案。     

天然气-中温太阳能互补的新型低碳分布式供能系统

基于化学链循环的天然气-太阳能互补转化具有低碳、储能及高效等特点。目前甲烷化学链循环典型还原温度为800℃。在450℃中温条件下,现有技术的甲烷转化率均较低,导致热化学蓄能效率和分布式能源系统能效较低。基于产物分离促进反应平衡移动原理,提出将甲烷重整制氢与化学链循环结合的蓄能方法,氢气被载氧体消耗使氢气分压降低,促进甲烷重整反应正向进行,进而提升甲烷转化率。对比了甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法和传统甲烷直接与载氧体发生化学链反应蓄能方法的甲烷转化率。结果表明,450℃下通过多级循环实现甲烷近完全转化。基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法,建立了多能互补分布式供能系统模型,太阳能甲烷热化学源头蓄能将低品位太阳能提升为高品位燃料化学能,实现了源头蓄能与脱碳。储存太阳能的固体燃料氧化产生高温热能,通过透平做功发电,然后通过余热回收装置实现吸收式制冷和供热,从而实现太阳能和化石燃料的高效互补利用。对系统在典型工况下的热力学性能进行分析,结果表明基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法的分布式供能系统太阳能净发电效率达24.90%,系统燃料节省率达43.24%,在节能减排方面具有显著优势。     

医院建筑冷热电三联供系统的经济性分析

介绍了楼宇型天然气冷热电三联供系统的特点和应用范围。楼宇型三联供系统能够实现能量梯级利用,提高一次能源利用率。结合某医院建筑的天然气冷热电三联供系统进行了经济性分析。对比常规的供能方式,总结了采用冷热电三联供系统的优点并展望了其发展前景。     

天然气管网压力能发电潜力评估模型及应用

天然气在传输过程中携带着大量的压力能,天然气压力能的高效利用具有良好的经济效益和社会效益,有助于促进清洁低碳、安全高效的现代能源体系建设。首先,构建了天然气压力能发电系统架构,并分析了工艺流程及影响因素;然后,基于热力学第一定律和第二定律理论,建立了压力能发电的?分析模型和膨胀机出力模型;最后,以某天然气净化厂压力能利用数据为例,仿真验证了系统和模型的有效性,结果表明压力能发电功率与天然气进气流量、温度、入/出口天然气压比与系统输出功率呈正相关关系。     

基于沼气的热电气联供系统全工况模型与性能分析

为了解决我国城镇化进程中日益增长的能源需求,高效循环利用有机废弃物,缓解农村环境污染问题,构建了基于沼气的内燃机热电气联供系统,将生物质厌氧发酵、内燃机热电联产、补充热源、用户侧需求等有机联系起来建立系统全工况动态数学模型,并以兰州地区5户建筑面积226.8 m²的新农村建筑为例,进行系统全年逐日供需能量平衡分析及性能分析。结果表明：寒冷地区新农村建筑负荷与商业建筑存在明显不同,冬夏季热负荷差异大,全天电负荷波动很明显;在充分考虑厌氧发酵生物质能源转化效率、热量传输及换热效率和火电厂发电效率的情况下,联供系统全年一次能源利用率为37.85%;与传统农村分供系统相比,系统一次能源节约率为17.12%。系统性能分析结果可为我国生物质沼气集中热电联产在村镇的规模化应用提供一定理论依据。     

基于沼气的热电气联供系统全工况模型与性能分析

为了解决我国城镇化进程中日益增长的能源需求,高效循环利用有机废弃物,缓解农村环境污染问题,构建了基于沼气的内燃机热电气联供系统,将生物质厌氧发酵、内燃机热电联产、补充热源、用户侧需求等有机联系起来建立系统全工况动态数学模型,并以兰州地区5户建筑面积226.8 m2的新农村建筑为例,进行系统全年逐日供需能量平衡分析及性能分析。结果表明:寒冷地区新农村建筑负荷与商业建筑存在明显不同,冬夏季热负荷差异大,全天电负荷波动很明显;在充分考虑厌氧发酵生物质能源转化效率、热量传输及换热效率和火电厂发电效率的情况下,联供系统全年一次能源利用率为37.85%;与传统农村分供系统相比,系统一次能源节约率为17.12%。系统性能分析结果可为我国生物质沼气集中热电联产在村镇的规模化应用提供一定理论依据。     

合成气为核心的联供联产系统变工况特性

煤气化合成气为核心的多联供多联产系统是能源化工可持续发展的重要组成部分，联供因子和联产因子是影响多联供多联产系统性能的两个关键因素。以天然气辅助煤多联供甲醇电多联产系统为例，根据其结构特性，提出以甲醇合成模块中未反应合成气进燃气-蒸汽联合循环发电装置的分流比率为联产因子，以进系统天然气的与原煤的的比值为联供因子，考察系统规模、损率、产品成本分别跟随联供因子和联产因子单因素变量变化规律，并讨论煤炭价格和天然气价格对系统产品成本的影响。     

壳管式潜热蓄能系统换热特性

针对目前石蜡潜热蓄能系统效率低下的特点,构建了石蜡/膨胀石墨混合相变材料的潜热蓄能系统,研究了其蓄/放热特性,并与纯石蜡相变材料系统进行了对比分析,讨论了不同换热流体流量下的蓄/放热过程的时间周期。用焓法处理相变区域,对该潜热蓄能系统的整体蓄热过程进行数值模拟。研究结果表明,对于石蜡／膨胀石墨复合相变材料,其导热性能较纯石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而减弱了蓄热中石蜡的对流换热。流量提高对蓄/放热速率有明显的改善。焓法模型能全面反映蓄能系统的换热与流动特性,数值计算的结果与实验数据吻合较好。     

固体氧化物燃料电池在LNG/天然气产业中的应用研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是最具发展前景的燃料电池技术之一,尤其适合于以清洁的天然气作为原料,能与LNG/天然气产业形成很好的协同效应,实现融合创新的发展模式。介绍了高温燃料发电的原理,对以天然气为原料的固体氧化物燃料电池在大中型固定式发电、中小型分布式热电联供、与微型燃气轮机耦合发电、家用热电联供等方面的应用进行了分析,对SOFC产业与LNG/天然气产业融合发展的方向提出了建议。     

冷热电联供系统设计和运行集成优化

冷热电联供是提高能源综合利用效率的有效途径,其系统设计与运行策略通常相互耦合,因此实施联供系统的集成优化至关重要。本文同时考虑全生命周期内的投资与运行成本,提出以年度总成本最小化为优化目标,结合联供系统中燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等设备特性方程,以及针对以电定热、以热定电和混合热电三类典型运行策略,设置了冷、热和电三种负荷需求能量平衡方程,最终构建了包含固定电/热效率和动态电/热效率的联供系统设计与运行集成优化模型。所提方法应用于典型商业楼宇的冷热电联供系统优化设计,结果表明,只有通过综合运用混合热电运行策略、动态电/热效率和全年负荷特性数据,才有望获得合理可行的最优设计方案。     

基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统研究进展

将质子交换膜燃料电池应用于冷热电联产系统中,可有效提高系统效率,实现冷热电供能的可持续发展。本文介绍了基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统的数学建模、运行策略、能源管理、多维评价、系统优化理论与应用等方面的研究进展。根据现有研究,从能源禀赋、供需整合与多尺度建模、多能互补供能、系统评价体系、系统集成优化多方面指明未来该系统的研究可从多尺度建模、源网荷储深度融合、完善系统评价体系以及系统优化与实时调控等方面进行,为得到更为全面高效稳定的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统提供新思路。     

太阳能热泵供暖技术综述

回顾了国内外太阳能热泵的发展过程,介绍了太阳能热泵地板辐射采暖系统主要设备太阳能集热器、蓄热设备、地板采暖系统、控制系统、运行方式的组成和结构形式,论述了太阳能热泵的技术原理和特点以及在供暖方面的应用等。针对当前太阳能热泵供暖系统有待解决的问题进行了分析和探讨,结果表明把热泵技术与太阳能热利用技术结合可提高太阳能集热器效率和热泵系统性能,同时能解决全天候供热问题。     

Impacts of equipment off-design characteristics on the optimal design and operation of combined cooling,heating and power systems

Optimal design and operation of combined cooling, heating and power (CCHP) systems are complicated due to the fluctuating energy demands. Many mathematical models for the design and/or operation of CCHP systems have been developed. Most of them adopt a constant efficiency assumption, whilst others take equipment off-design characteristics into account. In this paper, we present two mathematical models for the optimal design and operation of CCHP systems with the target of minimising the total annual cost. One model is formulated using the constant efficiency assumption. In the other model, off-design characteristics of all equipments are considered. Comparative studies using different models were performed to examine the impacts of equipment off-design characteristics on the accuracy of the optimal design of CCHP systems. Results show that introduction of thermal storage facilities, connection to power grid and well designed operation strategies can diminish the negative impacts of adopting the constant efficiency assumption.     

微型分布式冷热电联产系统的热力过程综合优化

运用热力过程分析理论,对微型分布式冷热电联产系统的户式示范工程的典型工况进行热力过程分析。其中的夹点分析（PA）理论对系统中的换热网络（HEN）进行了最优化的改进设计,换热网络的改进能实现最小公用事业这一能量目标以及相应的经济目标。在夹点分析的基础上,进一步运用分析,对微型冷热电联产系统的能量梯级利用原理展开讨论,并结合热机与热泵的热力学特性,得出它们在换热网络系统中最佳的设置方法。通过热力过程最优分析及其再设计,改进后的分布式冷热电联产系统获得了更佳的热力学性能与经济效益。     

国内冷热电联供系统现状和发展趋势

燃气驱动冷热电联供系统基于能量梯级利用,具有提高能源综合利用率、减少污染物排放的优点,同时对调整我国的能源结构、缓解夏季供电紧张具有重要意义。介绍冷热电联供系统的国内外应用研究现状及系统设备种类。针对北京、上海地区已建成冷热电联供系统进行了调研,通过对北京、上海地区已建成冷热电联供系统的建筑类型、动力系统选型、负荷匹配情况进行统计和分析,总结出国内冷热电联供发展的部分特点,并对冷热电联供系统的应用局限和发展前景提出了看法。     

微燃机冷热电三联供系统运行策略优化分析

用单纯形法对冷热电三联供系统用于办公楼宇时冬夏季典型日负荷下的运行策略进行优化, 优化目标分别为系统的一次能源消耗量最小、运行成本最小和二氧化碳排放量最小, 并对冷热电联产系统和分产系统进行了比较。结果表明:不同优化目标下, 系统的运行策略不同。冬季工况下, 以一次能源消耗量最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式;在以运行成本最小或以二氧化碳排放量最小为优化目标时, 系统全天采用以电定热的运行模式;以三者加权最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式。夏季工况下, 以一次能源消耗量最小为优化目标时, 分产系统的运行策略要优于联产系统;在以运行成本最小或以二氧化碳排放量最小为优化目标时, 系统全天采用以电定热的运行模式;以三者加权最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式。     

熔融盐斜温层混合蓄热单罐系统及其实验研究

经济型的蓄热系统设计对聚焦式太阳能热发电的市场竞争力影响效果非常明显,一个比较有效的方法就是采用斜温层蓄热。在斜温层蓄热单罐设计理念的基础上,提出了一种熔融盐斜温层混合蓄热单罐系统,该单罐的中段为斜温层显热蓄热,上部为高温壳管式相变换热器,下部为低温壳管式相变换热器。斜温层保障高低温熔融盐液在同一单罐内上下隔开,而高、低温壳管式相变换热器既增加了蓄热容量,又简化了熔融盐液的注入和出料结构。初步实验测定了该混合蓄热单罐系统的有效蓄热量,证实了其斜温层在放热与吸热循环运行中能稳定保持,并表明了该系统具有潜在的应用前景。