基于遗传算法的原生污水源热泵优化设计

根据现有城市原生污水源热泵的技术经济特点,以系统的费用年值为目标函数,建立了系统综合优化的数学模型.在满足系统供冷、供热的可靠运行条件下,利用遗传算法,对系统的运行参数及机组部件进行了优化选择,实现了系统费用年值最小的目标.     

基于正交法的太阳能耦合污水源热泵系统运行优化

为了回收利用洗浴废水中大量的低品位热能,该文通过TRNSYS仿真模拟软件,搭建了太阳能—污水源热泵系统,并采用正交试验法对系统进行3因素（集热器面积、水箱体积、热泵制热量）4水平的实验设计,以年能耗、费用年值为评价指标分别确定了3个影响因素的主次顺序。最后采用综合平衡法确定了系统的最佳参数组合,将其带入仿真模型进行全年运行分析,优化后全年太阳能集热量提高了19.2%、太阳能保证率提高了6%、污水源系统COP提高了3%、年能耗减少了21%、费用年值减少了8%。此研究方法与成果可为设计与优化太阳能耦合热泵系统提供参照。     

基于遗传算法的污水换热器的优化研究

以污水换热器的年总费用为目标函数,应用遗传算法对污水换热器进行了设计参数的优化计算.介绍了遗传算法工具箱的使用方法.该方法克服了传统优化算法的缺陷;优化结果更加符合工程实际.并指出了减小污水换热器年总费用的主要方向.     

相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统参数优化

为解决相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统关键参数的设计问题,设计了基于TRNSYS软件的相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统模型。利用GENOPT软件调用Hooke Jeeves算法,以费用年值为优化函数,针对集热器面积、空气源热泵制热量、集热器倾角、集热器方位角、相变储能箱体积以及体积因子等关键参数进行优化分析,并以单位体积下相变储能箱蓄/放热量、集热器逐月平均效率及系统性能系数COPS为优化前后评价指标。结果表明：集热器面积取187 m2、空气源热泵制热量取40.5 kW、集热器倾角取44.1°、集热器方位角取-1°、相变储能箱体积取4 m3、体积因子取0.1时得最小费用年值,费用年值同比降低21%;优化后单位体积下,相变储能箱年放热量提升了15.1%,年蓄热量提升了16.5%;以系统性能系数COPS为评价指标,优化后系统整体性能受环境因素影响下降,系统更趋于稳定运行。     

基于柔性负荷的孤立多能互补建筑能源系统优化设计

构建基于柔性负荷的多能互补建筑能源系统是解决孤立乡村能源供给问题的有效手段。采用Matlab/Simulink建立孤立多能互补建筑能源系统优化模型,并以系统的费用年值最低为优化目标,基于遗传算法求解计算。研究结果表明,与不考虑柔性负荷相比,柔性电负荷、柔性热负荷、柔性电/热负荷参与调节时,系统的费用年值分别降低了5.24%、33.11%与35.50%。柔性电负荷参与调节后,负荷向光伏出力时段平移,储能电池和柴油发电机的容量得以降低。与仅有柔性热负荷参与调节相比,柔性电、热负荷同时参与调节时,室内温度波动平缓,波动振幅小。     

大规模并网型风光储发电单元容量优化配置方法

为提高风光储发电单元并网运行的稳定性和经济性,提出一种基于额定容量的发电单元容量优化配置方法。首先建立机组出力模型,制定发电单元恒定输出的调度策略;再以等年值投资费用为优化目标,考虑风光互补性、能源利用率等约束条件,利用遗传粒子群算法求解额定容量下发电单元最优容量配置;最后根据算例计算结果以及储能补贴和预期恒定功率大小与等年值投资费用的敏感性分析,验证模型和算法的有效性和准确性。     

有机工质低温余热发电系统多目标优化设计

针对现有有机朗肯循环单目标优化设计的局限性,从热力性、经济性等多方面对有机工质低温余热发电系统进行多目标优化设计.以系统效率最大和总投资费用最小为目标函数,选取透平进口温度、透平进口压力、余热锅炉节点温差、接近点温差和冷凝器端差等5个关键热力参数作为决策变量,利用非支配解排序遗传算法(NSGA-II)分别对采用R123、R245fa和异丁烷的有机工质余热发电系统进行多目标优化,获得不同工质的多目标优化的最优解集(Pareto最优前沿),并采用理想点辅助法从最优解集中选择出最优解及相应的系统最佳热力参数组合.结果表明:在给定余热条件下,从热力性能和经济性两方面考虑,R245fa是最优的有机工质,从多目标优化的最优解集中选择出的最佳效率为10.37%,最小总投资费用为455.84万元.     

一次泵变速变流量系统的最优化运行

以冷却泵、冷冻泵和冷水机组总能耗最小为最优化目标,取冷却水流量率、冷水出口温度和冷水流量率为优化参数,建立一次泵变速变流量系统总能耗优化模型,利用MATLAB编制了负荷率为80%的某实际制冷系统的优化程序。结果表明,负荷减少时合理控制运行参数可降低空调系统运行费用。     

有机工质低温余热发电系统多目标优化设计

针对现有有机朗肯循环单目标优化设计的局限性,从热力性和经济性等多方面对有机工质低温余热发电系统进行多目标优化设计.以系统效率最大和总投资费用最小为目标函数,选取透平进口温度、透平进口压力、余热锅炉节点温差、接近点温差和冷凝器端差等5个关键热力参数作为决策变量,利用非支配解排序遗传算法(NSGA-II)分别对采用R123、R245fa和异丁烷的有机工质余热发电系统进行多目标优化,获得不同工质多目标优化的最优解集(Pareto最优前沿),并采用理想点辅助法从最优解集中选择出最优解及相应的系统最佳热力参数组合.结果表明:在给定余热条件下,从热力性能和经济性两方面考虑,R245fa是最优的有机工质,从多目标优化的最优解集中选择出的最佳效率为10.37%,最小总投资费用为455.84万元.     

直接式污水源热泵规模化利用及其关键技术分析

介绍了直接式污水源热泵系统的技术方案,提出了一种污水处理厂污水冷热资源的评估方法——逐时分析法,通过对青岛某工程实例的分析及与常用的工程评估法作比较,并以费用年值作为经济评价指标,对直接式污水源热泵系统、天然气直燃热泵机组、燃煤锅炉加电制冷冷水机组等3种冷热源方案进行了经济性、节能性和环保性的分析比较,结果表明,直接式污水源热泵系统优于另两种方案,最后指出了该系统运行中需注意的关键技术问题及解决方法。     

污水源热泵供热的工程应用及分析

齐鲁石化水厂原来利用热电厂蒸汽换热后制备低温热水对车间和办公楼进行供热,运行费用高.根据该厂有丰富的工业污水的特点,现设计采用污水源热泵机组为车间及办公楼提供热.分析表明,一个采暖季即可节省运行费用约68万元,而且使用效果良好.     

基于改进小生境遗传算法的输电网安全经济规划模型

传统输电网规划模型中的目标函数通常仅考虑系统运行经济性而忽略安全性因素及其所带来的损失,为避免此缺陷,在运用改进K-means算法进行负荷聚类并建立多级负荷模型的基础上,以包含年投资成本、运行维护成本及缺电成本的年综合成本最小为目标,建立一种考虑安全性经济性协调的输电网规划模型,将安全性效益转化为经济形式并加入到目标函数中,同时在模型约束条件中考虑N-1安全约束,从而实现电网安全性与经济性的协调。最后,利用带有精英保留策略的改进小生境遗传算法求解规划模型,确定基于安全性经济性协调下的最优规划方案。通过分析修改后的IEEE RTS79系统,验证了模型及求解算法的有效性,可为输电网安全经济规划提供参考。     

城市污水作为低品位热源的分析及其热泵辅助系统的针对性配置

城市污水作为热泵供热系统的低品位热源已经为人们所普遍接受。然而,污水的非牛顿流问题以及污水动力粘度高最终会造成其输送成本偏高、传热系数降低等问题,这需要在系统设计时对其做针对性思考。实践证明,与较高可靠性相适应的污水热泵机组的辅助系统应包括：污水沉降系统、污水阻污器、污垢清洗装置和前置换热器等。     

Optimizing heat exchanger networks with genetic algorithms for designing each heat exchanger including condensers

This paper presents a procedure for the design of the components of a heat exchanger network (HEN). The procedure first uses pinch analysis to maximize heat recovery for a given minimum temperature difference. Using a genetic algorithm (GA), each exchanger of the network is designed in order to minimize its total annual cost. Eleven design variables related to the exchanger geometry are considered. For exchanger involving hot or cold utilities, mass flow rate of the utility fluid is also considered as a design variable. Partial or complete condensation of hot utility fluid (i.e., water vapor) is allowed. Purchase cost and operational cost are considered in the optimization of each exchanger. Combining every exchanger minimized cost with the cost of hot utility and cold utility gives the total cost of the HEN for a particular ΔT_min. The minimum temperature difference yielding the more economical heat exchanger network is chosen as the optimal solution. Two test cases are studied, for which we show the minimized total cost as a function of the minimum temperature difference. A comparison is also made between the optimal solution with the cost of utilities and without it.     

Multi‐objective optimization design of plate‐fin vapor generator for supercritical organic Rankine cycle

Supercritical organic Rankine cycle (SORC) is an improved ORC architecture with lower exergy destruction and better heat source utilization when compared with a subcritical one. The accurate design of its vapor generator is of critical importance due to the fact that heat transfer performance significantly affects thermal efficiency, power output, and size of the overall system. This paper aims to develop a mathematical model of the SORC vapor generator using plate‐fin heat exchanger. The finite volume method is applied to deal with the properties' variation problem of the supercritical fluids. Multi‐objective optimization is employed by the nondominated sorting genetic algorithm II to find the optimum geometry design. The objective functions are the number of entropy production units, annual cost, and volume. For a specific SORC system, an optimum vapor generator is designed using the developed model. Parametric studies are conducted to assess the effect of geometry parameters on the vapor generator performance. The off‐design performance of the vapor generator is also evaluated under different mass flow rates and different heat source inlet temperature conditions.     

原生污水源热泵的关键技术与工程实践

城市原生污水是暖通空调非常重要的新能源。城市污水水量巨大，温度适宜，与现有水源热泵机组蒸发与冷凝的工作温度有良好的匹配。根据城市原生污水的特点研发的原生污水源热泵关键技术已成功应用到多个工程中。本文研究分析了哈尔滨望江宾馆、太古商城和大庆恒茂商城城市原生污水源热泵空调工程三个成规模试点工程的运行工况，表明了本文所开发的城市原生污水源热泵系统不仅有重要的社会意义，同时也说明污水源热泵系统初投资与运行费均较低，系统一次能源利用率较高，应用潜力巨大.     

Application of a Genetic Algorithm for Thermal Design of Fin-and-Tube Heat Exchangers

Instead of the traditional trial-and-error process, a genetic algorithm (GA) is successfully applied to thermal design of fin-and-tube heat exchangers (FTHEs). The design method uses a GA to search and optimize structure sizes of FTHEs. The minimum total weight or total annual cost of FTHEs is taken as the objective function in the GA, respectively. Seven design parameters are varied for the optimization objectives. The implementation of the design method consists of a GA routine and a thermal design routine. In the GA routine, binary coding for tournament selection, uniform crossover, and one-point mutation is adopted. In the thermal design routine, thermal design of the FTHE is carried out according to the conditions of the structure sizes that the genetic algorithm generated, and the log-mean temperature difference method is used to determine the heat transfer area under the combined structure sizes for a given heat duty. Optimization shows that it is possible to achieve a great reduction in cost or weight, whenever such objectives have been chosen for minimization. The method is universal and may be used for thermal design and optimization of FTHEs under different specified duties.     

基于AA-CAES的综合能源系统协同优化与性能分析

构建先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）与内燃机（ICE）和有机朗肯循环（ORC）深度耦合的综合能源系统（IES-ORC-CAES）,通过改变ICE的部分负荷率、ORC的烟气占比、低温烟气温度、电制冷占比和电价低谷期的储电量,实现了系统能量根据用户负荷的动态调整。基于K-均值算法将典型年负荷聚类为典型日场景集,考虑分时电价,以经济性、环保性和能效性为目标,采用并行式的遗传算法对IES-ORC-CAES和参考系统展开优化。结果表明：不同目标下,IES-ORC-CAES系统的年化运行成本、CO₂排放量和一次能源消耗量分别比参考系统降低了10.43%、8.19%和1.80%。此外,通过协同调节ICE、ORC和AA-CAES的出力,IES-ORC-CAES系统中AA-CAES和ORC在典型日1分别承担了用户电负荷的12.26%和0.10%,对减小电网压力和增加系统供能灵活性有重要意义。