光照资源富集区太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同设计优化研究

针对常规太阳能供热系统优化设计中太阳集热供热站设计与供热管网设计相互分离,供热管网热传输过程中热损失难以精准计算的问题,建立太阳能集中供热系统容量配置及热网管径协同优化模型,以系统全生命周期成本最小为优化目标,采用遗传算法求解,并通过具体算例与常规优化方法以及工程设计方法的计算结果进行对比分析。结果表明,利用协同优化模型进行太阳能集中供热系统设计,能够有效避免设计系统太阳能保证率偏小以及供热管网比摩阻不满足规范要求的现象。针对具体算例,当太阳能保证率由50%增至100%时,系统最优最低供水温度从60℃降至45℃;随着太阳能保证率的升高,系统单位太阳集热器面积所匹配的储热水箱体积增大,而系统供热管网管径保持不变。     

基于TRNSYS的太阳能谷电蓄能供热采暖系统性能研究

为了研究太阳能谷电蓄能供热采暖系统运行特性,采用TRNSYS软件建立系统各部件模型,分析了太阳能辐照强度、集热面积和空气流量对系统太阳能保证率的影响,对系统进行优化研究。结果表明：太阳能辐射强度对系统太阳能保证率的影响较大,拉萨全年太阳能保证率波动比上海和北京小;太阳能保证率与集热面积呈正相关;空气流量对太阳能保证率影响较小,当空气流量为40 m³/(h∙m²) 时太阳能保证率最大,相比36 m³/(h∙m²)工况提高了0.26%;选择集热面积为650 m²、最佳空气流量为40 m³/(h∙m²) 的优化系统,相比集热面积为716 m²、空气流量为36 m³/(h∙m²) 工况下的年均太阳能保证率降低了1.22%。本研究可为太阳能谷电蓄能系统的后续研究提供参考。     

太阳能—低温热管地板辐射供热系统实验研究

为将低品位太阳能直接应用于建筑供暖,对一种太阳能-低温热管地板辐射供暖系统进行了实验研究.在天津地区冬季条件下、供水温度为35～45℃时,针对非节能建筑的房间负荷(30～60 W/m2)进行了该系统各部件和系统整体性能的实验.实验结果表明:供水温度35～45℃即可满足采暖要求;太阳能保证率受供水温度影响显著,供水温度升高10℃,太阳能瞬时保证率减小5%;晴朗白天,室外平均温度-0.72℃,平均太阳辐照度425.1 W/m2,太阳能瞬时保证率近似为1;阴天室外平均温度-1.55℃,平均太阳辐照度220.5 W/m2,太阳能瞬时保证率随供水温度和负荷的变化而变化,范围是0.52～0.96.实验证实:该系统能提高太阳能热利用的经济性,热管地板传热性能优于塑料埋管地板,供水温度可以比常规塑料埋管地板的要求降低约5℃.     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。     

太阳能海水淡化动态仿真和生命周期成本分析

设计一种由槽式集热器和多级闪蒸装置构成的全天候太阳能海水淡化系统，日均淡水产量为3000 m³。应用上海市的气象数据，引入多级闪蒸简化算法，采用TRNSYS软件进行动态仿真，并利用生命周期成本分析法对设计系统和常规能源淡化系统进行经济性对比。结果表明：太阳能淡化系统的年平均太阳能保证率为41.11%；在整个生命周期中，位于上海市的太阳能淡化系统单位造水成本为18.48元/m³；当通货膨胀率低于8.5%或天然气价格高于2.09元/m³时，太阳能淡化系统相较于同等规模的常规能源淡化系统，具有更好的经济性。     

燃气轮机部分负荷工况下联合太阳能系统循环的变组合工况性能分析

以槽式太阳能集热场和燃气-蒸汽联合循环所组成的太阳能燃气联合循环为研究对象,利用Ebsilon软件对该系统进行建模,对原有燃气-蒸汽联合循环(GTCC)系统设备不变、汽轮机扩容和汽轮机及低压省煤器均扩容3种条件下,机组部分负荷运行时太阳能集成特性进行分析。结果表明在现有设备不改变的基础上以及相同的太阳集热器出口蒸汽参数下,太阳能的集成规模受汽轮机容量的限制。当燃机从100%负荷降至30%负荷运行时,集热板接收太阳辐射的最大值从0 MW增至65 MW,对应的太阳能净发电效率从29.6%增至31.6%。在原有设备基础上对汽轮机进行扩容改造后,燃机满负荷运行,当集热板辐射量由24 MW增至120 MW时,太阳能最大净发电效率由28.5%降至26.5%。当燃机负荷在75%以上运行时,低压省煤器面积增大1.2倍,当太阳能集成规模为74 MW时,太阳能净发电效率提高约2%。     

住宅太阳热水器的技术经济性分析

以福州地区典型气象年逐时气象数据为基础,对平板型太阳热水器的热性能进行逐时模拟。利用综合能源价格法,分析集热器面积对太阳热水器经济性的影响,并比较各类热水器的技术经济性。在当前能源价格体系下,集热器面积为8.5m~2时,系统的年平均太阳能保证率最大(为67.72%);集热器面积为4m~2时,综合能源价格现值最小(为0.283$/kWh),此时系统的年平均太阳能保证率为62.65%。     

重庆地区太阳能复合空气能热水系统关键因素分析

建立太阳能复合空气能热水系统运行计算模型,基于重庆地区实测气象数据,对系统运行效果和系统影响关键因素进行分析。研究表明:重庆地区太阳能复合空气能热水系统在该文中系统条件下热泵年平均制热性能系数为3.59;设计供热水温度和设计太阳能保证率是影响系统运行和系统经济性的两个关键因素;重庆地区太阳能供生活热水设计温度宜取50℃,随着热水温度取值的增大,热泵性能和系统经济性均降低,相比于60℃,供热水温度设置为50℃时热泵性能系数提升16.6%,动态年费降低25.8%;重庆地区太阳能复合空气能热水系统的设计保证率宜按国家标准30%取值,不宜过高,设计保证率每增加3%,系统动态年计算费用平均增大4.8%,系统经济性下降。     

A new type of phase change heat storage tank in solar energy combination system

介绍了一种新型笼屉式相变蓄热水箱,通过实验测试对比分析相变蓄热水箱与普通蓄热水箱对太阳能组合系统的太阳能保证率及系统能效比的影响。实验表明：同等水箱容积,使用相变蓄热水箱时太阳能集热系统的小时集热量为普通蓄热水箱的3.7倍,相变蓄热水箱有利于提高太阳能保证率及系统能效比。在太阳能辐照强度相似的情况下,相变蓄热水箱会使太阳能保证率平均提高72%,使系统能效比平均提高26%。同时相变蓄热水箱可减少夜间水箱上部的热损失,使水箱上部水温降减少50%。     

空气源热泵为辅助热源的主被动结合式太阳能采暖系统研究

介绍以空气源热泵为辅助热源的主被动结合式太阳能采暖系统,利用DeST软件模拟计算太阳房的采暖负荷,确定主动部分及辅助热源的设备选型,以验证太阳房的节能效果;对太阳能采暖系统在测试期间的室温结果、运行情况进行分析,计算系统在测试期间产生的能耗。结果显示：被动式阳光房的节能效果显著,被动部分的供热量为121.5 kWh,主动部分的供热量为102.7 kWh,辅助热源的供热量为387.7 kWh,太阳能的贡献率为36.7%,太阳房采暖负荷为43.2 W/m²。     

S-CO2布雷顿循环太阳能电力淡水系统火用分析

设计一种使用S-CO₂布雷顿循环的太阳能电力淡水系统,对系统的工作原理和结构组成进行介绍,并对系统开展运行性能和火用分析。结果表明,设计工况下系统的输出电功率为233.8 MW,布雷顿循环效率为37.5%,淡水日产量为3981.6 t。增大太阳辐照度有利于提高系统的电力输出和总的能量效率。定工况下的火用分析结果表明,太阳塔集热器中的火用损最大,为303.99 MW,对应的火用效率为64.45%。海水淡化换热器的火用效率最低,且其火用损值也较大。随着太阳辐照度的增加,太阳塔集热器、海水淡化系统换热器和回热器内的火用损均有不同幅度的增加。因此,对于该S-CO₂布雷顿循环太阳能电力淡水系统的后续优化而言,应重点考虑改进这些部件的性能。     

高校学生宿舍楼太阳能集热器最佳倾角的确定

以上海地区一栋高校学生宿舍楼的太阳能热水系统的实测热水用量为依据,分析了其热负荷变化规律。采用一年内逐月求和的辅助热量为目标函数,通过编制程序计算了集热器的最佳倾角。计算表明,最佳倾角与集热器的面积或太阳能保证率有关。在规范规定的30%～80%范围内,若太阳能保证率取低端和高端值,最佳倾角为36°;若太阳能保证率取中端值,最佳倾角为40°～41°。     

聚热式太阳能蒸汽发生系统性能研究

为提高汽化温度,获得较高产蒸汽效率,根据聚热集能及局域加热的原则,设计并搭建无需复杂聚光元件,经济可靠的聚热式太阳能蒸汽发生系统。聚热式太阳能蒸汽发生系统中,顶部热损远高于底部和侧面热损的总和,采用双层玻璃盖板,可减少41%的顶部热损。实验表明:采用聚热集能及双层玻璃盖板减少热损可使水汽化温度达到沸点(94℃)。典型晴天下,8 m²聚热式太阳能蒸汽发生系统的日产蒸汽量4.03 kg,工作温度120～140℃时,太阳能转换效率为9%。     

基于TRNSYS的太阳能耦合燃料电池热电联产系统的模拟研究

文章建立了太阳能耦合燃料电池热电联产系统的TRNSYS模型。采用镇江地区的天气数据(太阳直射辐射强度和环境温度),模拟了该系统在各典型日的火用效率。得出热电联产系统的集热量、发电量及火用效率均随着太阳辐射强度的增强而提高的结论。基于此,将热电联产系统的生命周期成本设为优化目标,采用Hooke-Jeeves算法对关键运行参数进行优化。结果表明:当集热器面积为15 m²,单电池片数为60个,蓄热水箱容积为5 m²,太阳能电池板面积为5 m²时,可以获得最小的生命周期成本49.1万元,比常规模型降低11.7%;优化后的热电联产系统在典型日的火用效率为50%~57%,较常规热电联产系统提升50.0%~85.7%。     

重庆地区太阳能热水应用适宜性分析

基于重庆全年太阳能资源分布特征,采用动态理论计算方法,对重庆地区全年太阳能热水应用效果、节能量等进行分析,结果表明:在重庆地区,集热器全年集热稳定性较高,逐月平均热效率均约为50%,具有较好的环境适应性;重庆地区热水负荷与太阳能资源分布匹配性较差,在设计保证率为30%下,全年平均实际太阳能保证率为31.74%,其中4~9月份的平均太阳能保证率为49.12%,热水应用效果较好,而11月至次年2月平均太阳能保证率较低,仅为13.52%,应用效果较差;当调整热水供水温度为45℃时,全年平均实际太阳能保证率可达到49.26%,可满足大部分时间的使用。相对天然气、电加热、空气源热泵3种常规热源,全年常规能源替代量分别为3135.05m3天然气,9654.26kg标准煤,2348.33kg标准煤,节能率达到31.74%。     

直接式槽式太阳能中高温蒸汽发生系统及其经济性分析

设计了一种直接式槽式太阳能中高温蒸汽发生系统,并建立数学模型,提出了系统节煤量和蒸汽能源平均成本的概念,分析了系统热效率和蒸汽能源平均成本的影响因素。结果表明:当太阳辐射由100W/m~2增大至1 000W/m~2时,系统热效率从47.2%提高至66.3%,系统工质质量流量从0.07kg/s增大至1.05kg/s;当环境温度由15℃升高至33℃时,系统热效率从64.5%缓慢提高至64.7%,系统工质质量流量基本保持不变;当年辐射时间为3 200h时,直接式槽式太阳能中高温蒸汽发生系统的投资成本可降低至631.30$/kW,蒸汽能源平均成本最低可降至26.82$/t,使其具有更强的市场竞争力。     

一种太阳能吸热器过热蒸汽温度控制系统

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电系统的水/蒸汽吸热器过热蒸汽温度控制系统。受到太阳辐射能间歇性和不确定性的影响,吸热器产生的过热蒸汽温度难于控制。控制系统根据吸热器在蒸汽流量变化、光功率变化和减温水流量变化等3种主要扰动下的过热汽温度动态响应特性,以减温水流量作为控制量,光功率和蒸汽负荷作为前馈信号,设计和研制了两段式过热蒸汽温度控制系统,使吸热器过热区出口汽温维持在允许的范围内。     

晋北地区村镇住宅建筑供暖系统优化及经济性研究

以晋北地区某村镇住宅建筑为例，对太阳能与电锅炉供暖系统进行设计方案优化及经济性研究。根据晋北地区气候特征，分析村镇住宅建筑负荷特性；采用模拟研究方法，分别对太阳能系统供暖、电锅炉系统供暖以及太阳能与电锅炉耦合系统供暖进行建筑能耗模拟；针对面积为60 m²、100 m²、200 m²村镇住宅建筑，考虑不同热源承担的建筑负荷比例、供热系统初投资及运行费用，优化不同面积村镇建筑的供暖模式以及不同热源承担的负荷占比。结果显示：太阳能系统初期投资高，电锅炉系统运行费用高。长期运行时，太阳能供暖系统的经济性优于电锅炉供暖系统。太阳能供暖系统与电锅炉供暖系统单独运行时，太阳能供暖系统不能很好地满足供暖条件，而电锅炉供暖系统运行费用较高；太阳能+电锅炉供暖系统的太阳能和电锅炉的供暖占比分别为50%时，前期投资和系统运行费用比较经济。     

6000kW汽轮机节能技术改造

山西焦化股份有限公司动力车间拥有一台B6-3.5/1.0型背压式汽轮机.设计额定功率6000kW,进汽压力3.5MPa,排汽压力1.0MPa(0.8～1.0MPa绝压),额定进汽量94t/h.随着我公司管理的不断深化,蒸汽消耗大幅下降,实际蒸汽负荷与汽机设计出现不匹配,远远偏离设计值,使汽机常年在低负荷下运行.改造前,夏季(4～10月)蒸汽负荷40t/h左右,发电量1000～1100 kWh,仅为额定功率的20%;冬季蒸汽负荷60～65t/h,发电量仅为2200～2300 kWh.     

日间供暖太阳能热泵系统负荷分析及面积优化

以青岛市某公司办公楼太阳能热泵系统为研究对象,通过TRNBuild建立建筑模型,仿真分析同一建筑全天供暖与日间供暖热负荷分布特点,针对建筑日间供暖需求建立太阳能-空气源热泵仿真供热系统,利用TRNSYS软件进行供热季仿真模拟,计算日间供暖集热器最佳设计面积。仿真结果表明：相较于全天供暖,建筑日间供暖热负荷波动更为剧烈,最大峰值约为全天供暖的2倍,针对日间供暖设计的太阳能热泵系统在集热器面积为417 m²时运行经济性最佳,系统COP可达4.1,对应太阳能贡献率为24.7%,供暖季相较于传统空气源热泵可节约电能9 091 kW·h。