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。     

新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵性能

以平板热管（微热管阵列）为核心部件,设计了一种新型太阳能光伏/空气集热蒸发器并建立了光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统,实现全年供热水、冬季供热、夏季供冷以及全年光伏发电的功能。对北京地区3月至5月天气条件下的热泵系统性能进行不同运行模式（S、SA以及A模式）的实验研究。实验结果表明,在典型工况下S、SA与A模式的多能互补系统COP_s分别为4.8、4.2与3.8,综合效率分别为109.7%、125.9%、32.4%,即在有太阳辐照的条件下,S与SA模式下多能互补系统性能优于A模式。该新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统性能优良,研究结果为该系统应用提供了基础数据支撑。     

可再生能源多能互补系统在海外产业园的应用

基于可再生能源的多能互补系统一方面通过实现多能源协同优化和互补提高可再生能源的利用率;另一方面通过实现能源梯级利用,提高能源的综合利用水平。本文简述了可再生能源的现状及发展趋势,探索基于可再生能源为主的多种发电技术结合的多能互补方案,并以在海外产业园实际应用作为例子加以说明。     

利用余热回收多能互补技术的原油蒸馏装置热集成系统的优化改造

针对换热网络（HEN）的优化改造,提出了一种利用公用热量实现多能互补理念的改造思路,通过充分利用热过程物流中的低温余热,完成热集成系统的优化改造。本文基于参考点非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）,通过综合评估集成废热回收（WHR）系统的换热网络的年度改造费用、年度改造收益、能耗（包含换热网络的冷/热公用工程和废热系统冷却水和电力消耗）和废热系统的有益产出,从而获得最优解决方案。对原油蒸馏系统（10H5C）的优化改造研究案例表明,通过权衡集成系统的能源消耗、WHR系统的产出、改造费用和改造收益4个目标,采用NSGA-Ⅲ算法求解获得了多维度的改造方案,相较于基础网络不仅有可以为用户最大节省22.9%能源消耗的改造方案,还有WHR系统最大输出为4.003×10⁴kW的解决方案,也有最小改造费用为1.848×10⁶USD/a的改造方案,还有最大改造收益和最大投资回报率分别为1.173×10⁷USD/a和121%的解决方案;最后通过比较集成WHR系统与单独HEN优化改造的性能,证明了集成WHR系统的实用性和可行性,以及余热回收多能互补技术对提高流程工业能量集成系统能量利用效率的重要作用。     

基于新能源多能互补工程的输变电线路实践的应用研究

海外工程EPC项目建设过程中,某些项目所在国存在电网基础建设不完备的问题,我公司提供了多种电力解决方案促进新能源多能互补利用研究。本文从带外供电的自备电厂项目中输变电架空线路工程实践进行分析,通过本工程的输电线路为终端用户供电,按不同发电成本以及线路损耗,其供电成本约合0.6元/kWh,具有良好的社会效益和经济效益,为后期多能互补工程实践提供参考。     

多能互补与CCUS耦合利用碳减排模式分析

结合国家经济、能源发展规划和碳中和的愿景目标,探讨了多能互补与碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的耦合利用模式,包括CCUS与氢能、CCUS与风光互补以及CCUS与生物质能的技术耦合,进一步从规划视角出发将多能互补碳减排规划为煤电消纳、弃风弃光高效利用和风光制氢3个阶段,实现碳减排技术的“负碳排放”。     

可再生能源与燃煤发电集成互补系统综述

在碳达峰、碳中和背景下,可再生能源与燃煤发电相互耦合可提高可再生能源利用效率、降低发电成本,有利于燃煤发电的绿色低碳化升级。从集成形式、运行调控及分析评价3方面综述了可再生能源和燃煤发电的集成互补相关研究。首先梳理了可与燃煤发电直接耦合的太阳能光热及生物质的各类集成形式和工作原理。其次,介绍了目前关于太阳能光热耦合燃煤发电动态特性及调控规律研究,生物质耦合燃煤发电运行中结渣、腐蚀等问题改善方法;概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行的调控策略及优化配置研究。最后,梳理了针对光煤互补系统热力性能、经济性、综合性能的评价研究进展;介绍了生物质与燃煤发电耦合的综合性能评价及系统中生物质发电量评估的研究进展;概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行中的稳定性、灵活性量化评价及综合性能评价指标体系构建等。最后,针对目前可再生能源与燃煤发电互补系统的研究现状,提出太阳能光热与燃煤发电集成应致力于实现综合系统深度调峰的灵活性运行调控研究;生物质与燃煤耦合发电在进一步研究减缓生物质耦合带来的燃烧问题外,应注重耦合系统中生物质发电准确计量等评价问题;光伏、风电与燃煤发电的协调运行在调度规划研究外,应进一步开展风光...     

天然气电能互补分布式高效制冷系统热力学性能分析

天然气分布式能源是一项高效且低碳的综合能源利用技术。尽管我国天然气分布式能源系统已提出并发展近二十年,但分布式能源系统依旧面临总体效率低、运行时间短以及经济性低等问题。基于此,本文提出了一种天然气电能互补分布式高效制冷系统,针对该系统进行了热力学性能分析。结果表明:该系统不仅能提高制冷系统的整体性能,另一方面极大提高一次综合能源的利用效率;气电互补的高效制冷系统的一次能源综合利用率为2.20,要远高于分布式能源系统(0.75)和热电联产系统(0.8)。     

热泵精馏与常规精馏的热力学分析比较

以实际运行装置的丙烯精馏塔为例,采用PROⅡ 9.4软件对丙烯—丙烷分离过程中常规精馏和热泵精馏分别进行模拟,通过分析模拟结果,对比两种精馏方式的公用工程消耗、能耗及其经济性.     

压气储能系统中储气装置的性能分析与改进

压缩空气储能系统是一种大规模的能量存储技术,在可再生能源利用以及调峰领域发挥重要作用。储气室作为系统中主要的储能设备,其特性对系统运行有重要影响。为了研究储气室热力特性对AA-CAES系统性能的影响,设计能够提高系统性能的新型储气装置,建立实际、绝热、恒温3种储气室模型,并结合其他部件模型,对系统进行联合求解。分析求解结果发现,储气室绝热模型具有最高的储能效率,可以达到68.97%,恒温模型的储能密度最高,为2.4706 kW·h/m³,实际模型的储能效率和储能密度都较低;恒温模型下系统的性能受到环境温度的影响,提高环境温度可以使储能效率上升,但会导致储能密度下降;改进的储气装置能够结合绝热模型与恒温模型的优点,使系统性能获得改善。     

含空气净化过程的液态空气储能热力学研究

针对现今液态空气储能（LAES）研究中普遍存在忽略空气净化过程能耗而使LAES系统能效被高估的问题,提出了一种含空气净化过程的LAES系统。该系统包含空气液化过程、液态空气释能过程和TSA纯化过程,通过全流程的仿真模拟验证系统可行性,并对其进行热力学分析。结果显示：提高液态空气释能压力、空气透平进口温度和储热油使用比例,可以有效提升系统的热力学性能;储存的压缩热仍有约36%未被完全使用,若将其全部回收利用,全系统效率可达0.623;该含空气纯化过程的LAES系统储电效率为0.471,比基线LAES系统低6.8%。     

热泵供暖系统动态操作节能优化

采用系统工程的方法优化热泵供暖系统操作, 实现节能运行具有重要意义。在建立热泵供暖系统基本动态方程的基础上, 给出了考虑室温控制精度和能耗节省的优化操控目标, 通过联立求解方法将原微分代数方程优化问题(DAOPs)转化为非线性规划问题, 然后对不同目标侧重下的动态操作优化问题进行了分析, 并提出了动态调整目标函数权重的优化策略。优化计算结果表明:在室温跟踪误差最大为0.85℃的情况下系统可实现16%以上的节能效果;环境温度和电价对系统操作优化具有重要影响, 根据两者的变化特征而动态调整目标函数权重可以进一步降低系统能耗4.7%左右。本研究对热泵供暖系统优化节能控制具有一定的现实意义。     

新型空气-水双热源复合热泵系统除霜特性及能耗

基于新型空气-水双热源复合热泵系统（AWDSHPS-N）,实验研究了AWDSHPS-N采用冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-I）、低温热水除霜（D-Ⅱ）、低温热水+冷凝器出口制冷剂再冷却除霜（D-Ⅲ）3种除霜模式进行除霜时对系统整体性能系数（COP）的影响,除霜期间系统运行特性及除霜所消耗的能量,并与逆循环除霜模式进行了对比分析。测试工况下的实验结果表明,除霜模式D-I和D-Ⅲ仅使系统整体COP较结霜运行期间的COP分别降低了0.42%和3.93%;D-Ⅱ除霜期间系统的制热功率和COP分别较结霜运行期间提高了27.4%和17.8%。D-I、D-Ⅱ和D-Ⅲ完成一次除霜能耗仅分别为逆循环除霜能耗的3.11%、34.78%和28.26%;采用此3种除霜模式时系统整体COP较采用逆循环除霜时分别提高了26.06%、29.79%和17.02%。     

混合供电系统中退役电池的模块化储能操作优化

将退役的动力电池用于混合供电系统可有效地降低投资成本，而针对退役电池储能系统的操作优化则可降低混合供电系统的操作费用，并提升混合供电系统的运行收益。以多个初始容量存在差异的电池组构成的退役电池储能系统为对象，在综合考虑退役电池容量衰退特性和电池组初始状态差异的基础上，构建了以年总费用最小为目标的混合供电系统操作优化模型，并将该方法用于一个由光伏发电和储能电池系统构成的混合供电系统的操作优化中。研究表明：储能电池系统中多组退役电池初始状态的差异，使得各电池组在操作过程中的充放电顺序和频率存在显著差异；储能电池系统的操作优化可有效缓解电池容量衰退，与固定比例调度流程相比，该储能电池系统的年总费用更低。     

基于焓-熵-㶲平衡的无盖板PV/T系统热力学分析与优化

光伏全覆盖的无盖板光伏/热（PV/T）系统结构简单,电性能优异而热效率偏低,有关其能量损失的研究还少有涉及。本文基于热力学第一、第二定律分别建立无盖板PV/T的能量平衡方程,搭建实验平台开展系统在不同温度、流量工况下的性能测试,结合电池温度曲线验证工质的冷却效果,并从焓-熵-?的角度对系统的热力学特性进行分析。研究发现,水冷通道提升了光伏组件的效率和温度场的均匀性,同时缩短水集热过程的时间将有助于系统节能和增加能量收益;环境温度是影响PV/T系统热效率、热?效率以及热损失率的重要因素,电效率则受流量变化的影响更为明显。测试条件下,无盖板PV/T系统的电、热、综合效率的最大值分别为17.36%、25.37%、70.12%,较高的电效率保证了能量收集的品质,而热水收集温度可以通过调节流量大小以满足生活需求。增大流量能够提高PV/T系统的?效率,结合水泵运行的优化方案可进一步提升系统的经济性;系统熵增与?效率呈负相关性,随流量的增大呈降低的趋势。数据显示,流量0.06kg/s时PV/T的?效率达到最大值19.05%,对应的熵为最小值0.0191kW·h/K。     

CO2跨临界热泵系统热力性能提升与经济性分析

CO₂跨临界热泵系统热力性能优化,往往其设备的初始投资成本会增加,在设备生命周期内其对总体费用的影响不明确。本文建立了常规CO₂跨临界热泵系统（BASE）、CO₂双级压缩热泵系统（TSCHPS）和CO₂/CO₂机械过冷热泵系统（MSHPS）的热力学与经济学模型,其中在经济学模型中定义了综合考虑设备初投资及运行费用的目标函数,研究了3种热泵系统在小温差风机盘管、地暖以及暖气片作为散热终端下热力性与经济性之间的关系,讨论了系统升级后的生命周期经济性变化。研究结果表明：在3种散热终端的系统名义工况下,TSCHPS、MSHPS的能效比（COP）均比BASE系统提升15%以上,但其生命周期经济性却不一定得到改善;BASE系统热力性与经济性之间相互关联,TSCHPS、MSHPS的热力性与经济性之间关联性不强;系统升级后的经济性变化与蒸发温度及供热量有关,给出了3种散热终端下不同应用范围内经济性最优系统。     

质子交换膜燃料电池混合动力系统能量优化的仿真分析

分析了混合动力系统的控制目标及需要考虑的几个关键参数。以PEMFC混合动力系统为对象,分别针对给定负载模式和实时运行模式进行控制策略设计和能量优化仿真。对给定的负载模式,采用遗传算法对多约束组合优化问题进行求解,仿真结果证明了算法的可行性。对于实时运行模式,在原有模糊控制策略的基础上,引入燃料电池电压和电压变化量对模糊输出进行两级修正。仿真结果表明,改进后的模糊控制策略可以有效提高燃料电池运行效率,降低燃料电池功率波动。