太阳能集热器、空气能热泵及相变蓄能装置一体化控制的研究

系统采用太阳能集热器与大水箱温差循环的方法进行热量交换,利用空气能热泵作为辅助能源,以石蜡作为相变蓄能材料储藏热量。系统的控制部分采用超低温保护和系统排空双保险的方法,确保在寒冷北方地区使用;太阳能集热器采用串联360。万能角度强制循环系统,连接循环管道少、热损小、系统热效率高,安装场地适应性强,运营成本低。通过运行验证,系统达到了热交换充分、节能高效、能源互补及时到位、适用地区广泛的目的。     

基于正交试验法的太阳能复合热水系统优化

为降低生活热水能耗,实现空气源热泵辅助太阳能供热水系统的高效节能运行,选取济南市某高校学生宿舍空气源热泵辅助太阳能供热水系统作为研究对象,利用瞬时系统模拟软件搭建了系统仿真模型,并采用无交互作用的正交试验法,分别以全年系统性能系数和太阳能保证率为优化目标,优化了太阳能集热器面积、集热器倾角、热泵制热功率及水箱容积,并分析其结果的经济性和节能性。结果表明：当以系统性能系数为优化目标时,最优组合中集热器面积为390 m²、集热器倾角为42°、热泵制热功率为50 kW、水箱容积为23.94 m³,而动态费用年值为7.38万元,较天然气系统年节省标煤为17.12 tce;当以太阳能保证率为优化目标时,最优组合中集热器面积为342 m²、集热器倾角为44°、热泵制热功率为35.5 kW、水箱容积为20.58 m³,而动态费用年值为6.56万元,较天然气系统年节省标煤为16.63 tce。     

太阳能冷热电联供系统在城市建筑中的适用性分析

以太阳能冷热电联供集成系统为研究对象,设计了光伏组件、太阳能集热器与冷热电联供集成系统。以传统分供系统为参照对象,通过"以电定热"和"以热定电"两种运行方式,提出了一定区域内光伏组件和太阳能集热器的功率公式,并以节能减排率作为该系统的评价指标来评价太阳能在3种典型城市建筑(办公建筑、商业建筑、住宅建筑)中的合理使用方式。结果表明,以热定电模式运行时,太阳能联供系统在办公建筑中存在太阳能的最佳耦合方式;以电定热模式运行时,太阳能联供系统在不同建筑中均以光伏形式耦合。     

面向零能耗建筑的多种可再生能源系统建模与优化（英文）

为了服务碳中和目标,由多种可再生能源组成的多能互补系统(MRES),例如风能、太阳能和地热驱,被认为是减少建筑领域二氧化碳排放和节能的有效解决方案。容量优化设计方法是实现系统100%可再生能源利用的必要手段。本文针对MRES的容量设计构建了一种双目标优化方法,以系统成本最低和系统供能实时可靠性为优化目标,利用带约束遗传算法(GA)结合供电可靠性(LPSP)方法作为寻优算法。基于MATLAB软件,开发了一个优化应用程序,给用户使用提供优化界面,在给定负载需求时可以输出优化的设计参数。以一个游泳池建筑为案例来展示所提出优化设计方法的流程。与传统的分布式能源系统相比,MRES的年度总成本(ATC)较低,且ATC随着可再生能源系统的供电可靠性的降低而降低。与LPSP法为0%的基线情况相比,当供电可靠性值等于8%时,年度总成本下降24%。     

基于相变储能热阻模型的CCHP型微能源网优化调度

针对冷热电联供系统受制于自身热电比的约束,传统"以热定电"和"以电定热"供能方式不能满足调度要求的问题.文中建立一个以调度周期内系统运行成本最小为目标函数,包含光伏、风机、CCHP系统、空气源热泵、相变储能墙体的新微能源网优化模型.基于相变储能热阻模型对建筑物热传递过程详细分析得到热平衡方程.采用混合整数规划法对模型进行求解,并与只含普通建筑墙体的CCHP型微能源网模型进行对比.仿真结果表明:引入建筑相变储能可以松弛CCHP系统自身热电比约束,增强系统的灵活性,具有一定的经济效益.     

太阳能+空气源热泵的热水供应系统设计

太阳能集中热水系统受到天气的影响难以全天候运行,需要设置辅助加热装置.以广州市宾馆热水供应为例,对太阳能空气源热泵的热水系统进行设计,包括空气源热泵热水机组选型计算、太阳能集热管面积计算、储热水箱的确定、集热循环水泵的确定.     

多能互补分布式能源系统优化设计研究进展

构建冷、热、电等不同形式能源在生产、传输、消纳等多环节协同优化的多能互补分布式能源系统是未来能源互联网的发展所需。首先,介绍了多能互补分布式能源系统的基本概念、供能类型及关键技术,结合国内外试点经验,阐述了系统的发展现状及其在我国能源变革中的重要地位。其次,梳理了系统优化的内容和路径,探讨了优化路径中的现有研究方法及其不足。最后,总结了多能互补分布式能源系统发展所面临的关键问题,并对其未来研究方向进行了展望。     

考虑预测不确定性的风-光-水多能互补系统调度风险和效益分析

风电、光伏与水电（简称风光水）互补发电系统是提高清洁能源整体利用效益的重要创新模式,随着风电、光伏发电渗透率的增加,如何解决大规模风光接入所带来的不确定性是多能互补系统研究的核心和难点。本文重点探讨日前风光出力预测的不确定性对于多能互补系统风险和效益的综合影响。首先,从可靠性、稳定性和经济性三个方面提出风光水多能互补系统调度运行风险和效益评价体系;建立多能互补系统短期优化调度模型,在日前风光出力预测结果基础上,编制系统日前发电计划;根据风光实际出力情况,滚动更新和模拟水电站实际调度过程。最后,对比分析各电站计划和实际调度运行情况,评价日前风光出力预测不确定性对于多能互补系统风险与效益的综合影响。本文以雅砻江流域锦屏一级多能互补系统为实例进行研究。相比风光水独立运行,风光水互补后系统的发电效益提高了37.13%,且系统出力过程更为稳定。互补系统在年尺度上具有良好的可靠性,但在水库低水位时期,系统失负荷天数明显增多,占全年失负荷天数的96%以上,系统可靠性降低;在汛期,互补后水库的下泄流量最大增加了47.06%,出现水量集中下泄的情况,这给电力部门、下游用水部门以及防护对象带来一定的防洪风险。     

GRC太阳灶及简易跟踪的设计

太阳能是一种巨大的自然能源。在农村把太阳能与沼气结合起来,以多能互补的方式,解决农民的生活用能,是解决农村能源问题的有效途径。我们从八一年开始,进行聚光式太阳灶的研究与制作。八二年安徽省科委请中国科技大学参加协作。研制了GRC太阳灶。该灶具有造价低、热效率高、功率大、结构简单,跟踪简易等特点,八三年在全国太阳灶评议会上被评为优秀太阳灶,获一等奖。     

考虑预测不确定性的风–光–水多能互补系统调度风险和效益分析

风电、光伏与水电(简称风光水)互补发电系统是提高清洁能源整体利用效益的重要创新模式,随着风电、光伏发电渗透率的增加,如何解决大规模风光接入所带来的不确定性是多能互补系统研究的核心和难点。作者重点探讨日前风光出力预测的不确定性对于多能互补系统风险和效益的综合影响。首先,从可靠性、稳定性和经济性3个方面提出风光水多能互补系统调度运行风险和效益评价体系;建立多能互补系统短期优化调度模型,在日前风光出力预测结果基础上,编制系统日前发电计划;根据风光实际出力情况,滚动更新和模拟水电站实际调度过程。最后,对比分析各电站计划和实际调度运行情况,评价日前风光出力预测不确定性对于多能互补系统风险与效益的综合影响。以接入209万kW光伏和104.9万kW风电的雅砻江流域锦屏一级多能互补系统为实例进行研究。相比风光水独立运行,风光水互补后系统的发电效益提高了37.13%,且系统出力过程更为稳定。互补系统在年尺度上具有良好的可靠性,但在水库低水位时期,系统失负荷天数明显增多,占全年失负荷天数的96%以上,系统可靠性降低;在汛期,互补后水库的下泄流量最大增加了47.06%,出现水量集中下泄的情况,这给电力部门、下游用水部门以及防护对象带来一定的防洪风险。     

太阳能相变蓄能通风系统实验研究

针对太阳能通风的不稳定性和不可控性,提供一种利用太阳能作为热源,相变蓄热材料在日间进行蓄热,夜间利用储存热量热压通风的新型系统,使建筑物达到理想的通风效果。通过分别对相变温度为63℃、44℃的相变蓄热材料进行通风实验,得到不同相变温度下系统夜间通风量变化特性。结果表明,采用相变温度分别为63℃、44℃的相变蓄热材料棕榈酸和月桂酸,太阳能通风系统在夜间通风10 h累计通风量分别为806.6 m3、615.4 m3,单位面积水平集热面通风量分别为53.8 m3/h、41 m3/h。使用棕榈酸的通风系统效果要优于使用月桂酸。提出的太阳能通风屋顶结合相变蓄热系统能有效的强化建筑物夜间自然通风,改善建筑室内热环境,减少空调用能。     

建筑一体化的蓄能型太阳能热泵热水器初步研究

针对普通太阳能热水器在夜间和连续阴雨天无法正常工作的状况,提出了一种新型的建筑一体化蓄能型太阳能热泵热水器.蓄能型振荡热管太阳能集热器基于振荡热管作为热传递媒介,将瞬时太阳能或者集热器中相变材料储存的太阳能传递给热泵系统蒸发器,并利用热泵循环加热热水,用以提供生活热水.对系统进行相变材料的选择和蓄能特性的分析.以南京冬季为例,开展了建筑一体化的蓄能型太阳能热泵热水器节能特性理论计算,结果表明该热水器在节能和减少污染物排放方面都优于目前市场上的热水器.在建筑物密集化、单位居民住宅太阳能辐射占有率较低的情况下,建筑一体化的提出将节约空间,减少能源消耗和污染物排放,具有十分广阔的应用前景.     

太阳能喷射与压缩制冷系统的集蓄热构件性能研究

针对太阳能制冷系统缺乏集蓄热装置运行性能的相关研究,建立了太阳能集热、蓄热系统及其各部件的数学模型,以太原地区夏季某典型年某天的气象参数为例,在太阳能喷射与压缩制冷系统中,模拟研究了不同蓄热水箱容积引起的制冷量变化情况.结果表明:蓄热水箱容积的增加会增加制冷系统运行的稳定性,但却导致制冷量的下降;容积的确定还与太阳能喷射与压缩制冷系统的运行策略有关,因此需综合比较确定.最后确定最佳的蓄热水箱容积为0.4m3.该结果对太阳能供热制冷系统的研究具有指导意义.     

相变储能水箱蓄放热性能多因素模拟分析

目的研究多种影响因素下的相变储能水箱蓄放热性能,优化相变储能水箱设计参数.方法以CFD软件为平台,从4个方面模拟了11组相变储能水箱的蓄放热情况,确定最优的相变储能水箱设计参数.结果模拟结果表明,采用直径30 mm相变封装单元的水箱蓄放热速度比采用40 mm和50 mm相变封装单元的水箱更快.放热阶段应在满足供热需求的前提下选取较小的水箱进水流速.相变材料(PCM)的导热系数提高0.1 W/(m·K),节省了近50%的蓄放热时间.相变封装单元交错排列时相变储能水箱蓄放热效果好于顺序排列.最后选取最优的设计参数进行模拟,模拟结果显示放热时水箱出水被加热2℃以上的时间为1.45 h,占总放热时间的63%.结论笔者分析得出的结果将为实际相变储能水箱的设计提供参考,有利于提高相变储能水箱的蓄放热性能.     

太阳能相变储热系统对木材干燥速率的影响

针对木材太阳能干燥间歇性的不足,在原有太阳能干燥装置的基础上,增设了多管道叉排石蜡相变储热系统,并在小型试验台上模拟了木材太阳能干燥过程。试验研究表明:该干燥装置中储热系统供风温度对木材干燥速率的影响最大,干燥速率随着供风温度的升高而增加,最大的差值达到0.29%/h。;其次是循环风速,随着循环风速的提高干燥速率先增大后减小,在风速为1.5 m/s时的干燥速率最高,为1.0%/h;而石蜡管的管排数对干燥速率几乎没有影响,不同管排数下最大的差值为0.05%/h。此装置最优的干燥条件为:石蜡管管排为9排,循环风速为1.5 m/s,供风温度为65℃,此条件下干燥速率可达1.06%/h。上述研究结果可为木材太阳能干燥设备储热系统的研发提供参考。     

铜-水基纳米流体环路热管太阳能热水系统的实验研究

采用"二步法"制备了铜-水基纳米流体,并对纳米流体进行了透射电镜分析。对不同质量浓度下(0.1%、0.15%、0.2%)铜-水基纳米流体的环路热管太阳能热水系统进行了实验研究,分析了环路热管太阳能热水系统中的水箱水温变化、瞬时光热效率,并与去离子水系统进行了对比分析。实验结果表明,纳米铜颗粒的加入增加了液体的导热系数,铜-水基纳米流体更适合作为太阳能重力环路热管热水系统的相变传热工质,且存在一个最佳的纳米流体工质质量浓度(最佳质量浓度为0.15%),可使得环路热管热水系统的传热性能最佳。     

太阳能辅助小温差热发电系统的初步研究

太阳能辅助小温差热发电系统以工业废热作为第一级热源、太阳能集热器作为第二级热源,循环工质在热源中蒸发并过热后,在汽轮机中膨胀做功,从而驱动电机发电.分析了该系统的工作原理和循环过程,并在理论分析的基础上,进行了系统的热力计算.理论计算结果表明:在循环工质为R717,循环工质蒸发侧相变温度为60℃,冷凝侧相变温度为27℃的条件下,此太阳能辅助小温差热发电系统的总的发电效率可达7.15%,表明该小温差发电装置具有较好的应用前景.     

基于太阳能余热利用下的吸收式制冷系统的可行性研究

对南京某商用建筑真空热管太阳能热水系统进行相关参数测试,在平均辐照强度约为614.2 W/m²的照射条件下,集热器平均集热效率可达45%,8 m³蓄热水箱经过4 h的加热后,共吸收653 MJ的热量,水箱温度从63.8 ℃升高至80 ℃以上,达到了单效溴化锂吸收式制冷机组的驱动热源温度. 实验表明,该系统采用吸收式制冷来利用太阳能余热的技术方案具有可行性. 在此基础上,利用TRNSYS软件搭建溴化锂吸收式制冷系统模型,预测分析了吸收式制冷系统在实验当日辐照条件下的运行性能,结果表明该吸收式制冷系统在无辅助热源的条件下,可稳定运行5 h,系统性能系数COP的平均值为0.66,平均制冷量为9.41 kW,对其他地区将太阳能余热用于吸收式制冷的可行性研究具有一定的参考价值.     

双级耦合热泵供暖化霜

在江浙等湿热地区应用双级耦合热泵即空气源热泵代替水环热泵系统中的锅炉，空气源热泵制取低温热水作为水环热泵的热源，空气源热泵制冷循环除霜会使其供热量减少.在水环热泵空调系统中有串联在水环路上的蓄热水箱来改善系统的运行特性.通过计算，选择了合适的空气源热泵、水环热泵和蓄热水箱，通过实验研究了蓄热水箱对化霜的影响.由于蓄热水箱的存在，中间环路的热惯性较大，空气源热泵机组结、化霜对系统的影响与室温的稳定性几乎无关.空气源热泵机组可以应用于该系统，本实验系统的各项技术指标均能满足实际工程要求，为推广应用提供了必要的数据.     

中深层地热+多能互补供热系统在冀南某大学的应用研究

为解决传统单一供热形式能源利用效率较低，环境与经济方面存在诸多不足等问题，考虑将可再生能源的绿色可持续性与常规能源的稳定性进行有机结合，以冀南地区某大学校区中深层地热能+多能互补供热项目为例，介绍了该项目概况、供能方案以及能源站建设，并对系统运行与测试数据进行了整理分析。结果表明：该系统运行效果良好，年节省标准煤20 860 t，年减排二氧化碳54 650 t，减排硫化物175 t，减排氮氧化物154 t，减排废渣约210 t，经济环境效益显著。