面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型研究

为解决"三弃"问题,提高可再生能源消纳能力,文章基于能量枢纽模型,提出了能够提升系统灵活性与可再生能源消纳能力的方案,并以高比例可再生能源消纳与系统综合经济性为目标,考虑典型日系统冷热电功率平衡约束、设备输入-输出耦合约束(能量枢纽模型)、设备出力限制、电网联络线功率约束等约束条件,建立面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型。针对模型的非线性特性,采用数学等效变换将其转化为0～1混合整数线性规划模型,并求取全局最优解。最后,以江苏某区域为实例,分析了高比例可再生能源接入对能量枢纽容量配置及其关键设备在不同典型日出力的影响,并基于灵敏度分析法,分别分析了设备单位容量造价、能源价格及热电负荷比对规划结果的影响,验证了所提规划模型的正确性与合理性。     

含相变储能的风/光/热电联产综合能源系统优化调度

随着电网中风电和光伏的占比不断提高,在供暖期热电联产机组调峰能力不足导致的弃风、弃光问题愈发凸显。相变储能技术对提升综合能源系统的灵活性、鲁棒性具有积极作用。为此,本工作建立了含热泵相变储能系统的风/光/燃气热电联产综合能源系统模型,模型以弃风、弃光量最少和总运行成本最低为优化目标,以系统总热电功率平衡、各能源模块出力和储能设备容量状态等为约束条件,提出了一种基于精英反向学习的双适应度粒子群优化算法,精英反向学习策略提升了算法的求解性能,双适应度算法解决了罚因子难以取值的问题,通过案例证明了改进后的优化算法具有更强的全局寻优能力和更快的计算速度。结果表明增设相变储能系统可以有效提升系统的风电、光伏利用率,系统的弃风、弃光量由不含相变储能系统时的722.1 kWh/d下降到163.4 kWh/d,降幅达77.4%;相变储能系统提升了系统内热电联产机组的运行稳定性,降低了天然气消耗量,系统运行成本从2488.5元/天降到2389.5元/天,经济效益显著。     

风光氢综合能源系统设计及运行集成优化

基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径.实施系统设计及运行集成优化,对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义.通过构建风光氢综合能源系统设计及运行集成优化模型,对系统各设备的容量配置方案及典型运行策略进行了优选,并且系统比较了不同风光资源及用能负荷特性下...     

计及火电深度调峰的高比例可再生能源电力系统日前优化调度研究

针对高比例可再生能源并网,提出含风、光、火、蓄的高比例新能源电力系统多目标日前优化调度模型。该模型考虑在火电机组深度调峰及频繁爬坡等新工况下的火电机组运行成本、污染物惩罚成本以及可再生能源弃电成本,以系统运行成本最低、风光出力最大以及净负荷波动最小为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行优化求解。通过对某典型日不同调度场景进行仿真计算,结果表明所建立的系统运行总成本计算模型能够兼顾该系统的经济、环保与消纳,所提出的多目标优化调度策略能够促进高比例可再生能源的消纳,缓解火电机组的调峰压力,降低系统运行总成本,指导电力系统火电灵活性改造,保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略

为减少电力行业发电过程中碳排放对环境的污染、提升风电消纳比例,文章提出了综合考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略。首先,在分析系统产生弃风原因的基础上,对引入电储能提升系统灵活性进而促进风电消纳的机理进行研究;其次,分析碳交易机制对电热联合系统的影响并建立碳交易成本模型;然后,构建以总成本最低为目标的优化调度模型,综合考虑火电、热电机组运行成本、风电运行维护成本及弃风惩罚费用、储能装置运行成本、碳交易成本及系统各单元约束;在保证系统安全可靠的基础上采用Yalmip/Gurobi对所建模型进行求解;最后,通过算例对比分析,验证了碳交易对电热联合系统能源结构的优化作用,以及在碳交易下,储能的参与对于进一步提升系统新能源利用率和经济环境效益的有效性。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

供热期调峰约束下电网弃风情况分析

在研究供热期电网弃风机理基础上,分析热电联产机组电热耦合关系,并建立考虑电力系统和热力系统约束的区域电网调度模型,定量分析风电渗透率、热负荷水平及电负荷水平对弃风影响。算例使用CPLEX优化软件求解,结果表明:供热期负荷低谷时段,热电联产机组调峰容量为额定容量的20%,严重挤压风电上网空间,导致大量弃风;热电联产机组热负荷水平由额定容量的68.3%下降到52.4%,可减少30%弃风。     

冬季风电消纳的两种途径的节能分析

冬季北方地区风电等清洁能源消纳矛盾突出,热电联产机组运行容量占比高、受热负荷的约束调峰能力差是造成弃风、弃光的主要原因。在解决弃风、弃光等问题上,针对北方冬季风电消纳的两种途径,依据热力发电厂热经济性评价方法,对不同形式的机组、采取不同深度调峰的改造技术路线,进行了节能分析。提出了在发电侧纯凝机组应首先进行深度调峰、热电联产机组采取增设蓄热罐改造进行深度调峰,为风电等清洁能源让出发电空间;在用电侧对供热锅炉实施电锅炉改造,消纳剩余的风电,实现经济效益和社会效益的最大化。     

基于分时电价的热泵供热系统相变储热应用研究

中国提出“双碳”战略,推进可再生能源利用和供热电气化,降低电供热成本已成为迫切需求。本文提出了一种新型含相变储热的热泵供热系统。供热系统利用富余的可再生能源发电量或谷电储热,在可再生能源间歇期或峰电时段放热,实现热电解耦、削峰填谷,提高系统经济性。基于相变储热装置使用的灵活性,控制策略可根据可再生能源发电特性或分时电价时段动态调整。本研究测试以谷电为主要驱动能源的系统运行特性,分析不同储热时间和储热容量对系统经济性的影响,在青海高海拔地区进行供热实验。结果表明,含相变储热的热泵供热系统比热泵直接供热耗电量成本降低5.28%;储能容量为75 kWh时,通过调节控制策略改变储热时间可使系统能耗和运行成本分别降低5.69%、13.5%;增加储能容量至150 kWh可调节峰谷电用量,谷电占比最高可达84.52%,运行成本可再降低10.04%。含相变储热的热泵供热系统具有良好的经济效益,合理利用其热电解耦特性可助力可再生能源消纳和电网稳定运行。     

风光氢综合能源系统设计及运行集成优化

基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径,实施系统设计及运行集成优化,对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义。通过构建风光氢综合能源系统设计及运行集成优化模型,对系统各设备的容量配置方案及典型运行策略进行了优选,并且系统比较了不同风光资源及用能负荷特性下系统设计及运行方案的差异。结果表明：风光氢综合能源系统在办公楼负荷场景和风光资源更丰富的地区获得了更优的经济性。     

R290热泵供热换热器的节能性能研究

通过建立R290热泵供热换热器模型,对R290供热换热器的总传热系数进行计算,得出增大R290的质量流速,减小换热管的直径,降低冷凝饱和温度,可增加总传热系数,减少供热换热器尺寸,节约金属材料。通过对R290冷凝流动过程的压降计算,得到随着换热管内径、换热管长、R290质量流量和冷凝温度的变化,沿程阻力压降的变化最大,而局部阻力压力降和加速度阻力压降的变化较小。应从系统运行性能和加工成本等方面综合考虑,优化选择合适的管径、管长和R290质量流量,以节约能源,保护环境。     

Study on heat conduction of functionally graded plate with the variable gradient parameters under the H(t) heat source

Abstract

A hybrid numerical method for heat conduction of functionally graded plate with the variable gradient parameters under the H(t) heat source was studied. A weighted residual equation of heat conduction was considered under thermal boundary conditions. In order to calculate temperature distribution of functionally graded plate with variable gradient parameters, the Fourier transform and inverse Fourier transform were applied and the temperature field was obtained under the H(t) heat source. Results show that the influences of the gradient parameters on temperature distribution are dramatic. But with the increase of gradient parameters, the influences of parameters on the temperature distribution are gradually reduced. When the gradient parameters reach a certain critical value, the temperature does not change anymore. By comparing the temperature distribution of the upper and lower surfaces, it is seen that the temperature presents a gentle downward trend with the increase of the heat source distance, while the temperature does not change with the time in farther distance from heat source. Also, the results show that the influence of the heat source has only partial and limited influence on the temperature, which is in accordance with St. Venant’s Principle. The law of the temperature distribution of the lower surface varies with the gradient parameters, which is also discussed, an optimal gradient parameter with the thermal insulation effect of the functionally graded plate is obtained.     

微小型热电转换装置冷热源的应用研究

微小型热电转换装置(Power MEMS)的质量/体积比功率除了与发电器性能有关外,还与热源和冷源的系统集成有关。分别采用液体高热值燃料、高贮能相变材料作为热源,用低温相变贮能材料作冷源,设计制造出热电转换装置,并通过实验测试进行了相关数据分析。分析了放射性同位素的优点和在热电发电中的应用现状,指出用其作为热源有助于热电装置的进一步微型化。实验结果也表明系统增加冷源助于装置微型化和提高热电输出功率。     

Parametric Evaluation of Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

Thermal efficiency of a combined cycle power plant depends strongly on a heat recovery steam generator (HRSG), which is the link between the gas turbine‐based topping cycle and steam turbine‐based bottoming cycle. This work is based upon the design of physical parameters of a HRSG. In this article, the physical parameters of a HRSG have been considered to study their implications on HRSG design by comparing the existing plant design with an optimized plant design. Thermodynamic analysis of HRSG for the two designs gives important outcomes which are useful for power plant designers. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.21106     

EHD强化传热研究中的重要问题——电场特性的影响规律

在文献综述的基础上,分析了EHD强化传热中,电场特性的重要性和研究现状,指出了当前研究中的不足之处及存在的矛盾,为在EHD强化传热研究中,进一步进行电场特性影响规律的试验和理论探讨提出了建议。     

Study on design and thermal characteristics of vacuum tube solar collector intubated with heat storage tube

In this work, a heat storage vacuum tube solar collector intubated with heat storage tube is designed, which consists of solar vacuum tube, phase change material insert tube, and heat holding cover. The internal energy conversion, transmission, and storage theory are established based on the structure of the heat storage vacuum tube. The parallel and series‐parallel solar air collector system prototype consisting of nine heat storage solar vacuum tube solar collectors is designed and tested. The test results showed that the daily average conversion efficiency of the parallel and series‐parallel prototype reached 56.9% and 48.46%, respectively. Compared with nonheat storage prototype, the heat storage parallel and series‐parallel prototype had higher conversion efficiency by, respectively, 10.9% and 7.8%, longer effective heating time, and better heating stability and practicability. At the same time, the heat storage solar collector has compact structure, which is convenient to use.     

Thermal analysis of PV/T evaporator of a solar-assisted heat pump

The performance of photovoltaic/thermal (PV/T) solar collector had been studied theoretically and experimentally for some years. Air and water streams were used as the heat carriers for space heating or services hot water systems. The cooling effect allows the PV module to work at lower temperature and its PV efficiency is therefore improved. However, such an advantage diminishes when the solar irradiance is high. To improve the situation a new type of PV/T collector is proposed. It works as the evaporator of a heat pump, in that refrigerant evaporates in the tubing at the back of the flat-plate collector and the PV module is adhered to the front surface. Mathematical models were developed to simulate the complex energy conversion processes. Numerical analysis was then performed based on the distributed parameters approach. An experimental rig was also built to test its real performance. Our results showed that the PV/T evaporator had an overall efficiency in the range of 0.64–0.87, thermal efficiency 0.53–0.64 and PV efficiency 0.124–0.135. The simulation results were found in good agreement with the experiment measurements. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

含水层储能技术的应用及储能条件的分析

能源问题已经成为制约现代社会发展的重要问题,地下含水层储能为现代城市能源的短缺以及环境的保护提供了一个很好的解决途径,同时可以减少废气(CO2、SO2等)的排放。介绍了地下水储能的基本原理、意义、在空调领域的应用及其实现的条件。     

余热利用发电对降低能效指数EEDI贡献研究

对比分析了6种典型船舶安装余热系统后新船能效设计指数(EEDI)的降低情况。通过国内外船舶柴油机余热利用发电技术的研究,证明:船舶采用柴油主机余热回收发电系统可有效降低柴油机综合油耗,是降低EEDI的有效手段之一。