SSB蓄电池太阳能和沼气 CHCP 体系

2026-02-06 10:37:00

1.2 内燃机或斯特林发动机CCHP体系

如[4]中研讨的那样，最受欢迎的微冷热联供体系是外燃机（ECE），因为它们首要适用于静态或接连自动运用。一个典型的比如是斯特林发动机，它选用简略的常压焚烧器，相当于一个热水器和炉子，发生一个接连的热源，传递给一种气体，这种气体胀大以移动活塞做功。气体完成作业后，经过再生器（一个热交流器），其间任何剩下的可用热量都会被带回预热流入的气体，然后循环再运用，始终坚持在发动机中，这使得ECE比ICE更高效和环保。此外，微冷热联供体系的功率取决于每个单个组件的功率以及整个体系的联合发电功能系数。此外，带有斯特林发动机的微冷热联供体系的联合发电指数接近于带有燃料电池的微冷热联供体系的联合发电指数，这进一步证明了为什么带有吸收式制冷机的冷热联供体系比带有紧缩式的冷热联供体系更好。图3显现了一个依据斯特林发动机的微冷热联供体系。

Fig. 3:

斯特林发动机CCHP体系。

1.3 生物质冷热电联产体系

如[31]所述，依据生物质焚烧的CCHP体系已经在某些功用设置中证明了其价值。但是，与传统的独立发电体系比较，它们的动力和生态功能可能更差。为了拟定有关其环境可行性的程序，选用了生命周期评价（LCA）作业流程来评价生物质CCHP体系，并将模型成果与已开发的初级动力节省率（PESR）剖析进行了比较。提出了一种热力学模型，该模型考虑了冷却和联合发电单元的各种维度的合并，以适当地表征生命周期清单阶段。LCA研讨成果标明，如果电厂的冷却到加热比很小，则依据生物质焚烧的CCHP工厂对环境友好；但如果很大，则不是。PESR的研讨成果标明，仅运用LCA不足以评价此类工厂的静态功能，因为它实践上可能会下降工厂的可行性，虽然在完成环保效益方面可能是可行的。图4显现了他们的生物质CCHP体系。

Fig. 4:

生物质冷热电联产体系。

1.4 微型涡轮CCHP体系

与常规燃气轮机相似，而且依据[7, 23]，在微涡轮CCHP体系中，空气首先被吸入紧缩机，在那里加压并泵送到换热器的冷端，以有效地与废热结合，经过吸收式制冷机发生冷量，如图5所示。所展现的CCHP体系运用的是现货定价，而不是峰谷定价，当电网电价高时向电网出售剩余电力；但是，当电网电价低时，CCHP体系没有真实的经济效益。在运用现货定价切换不同运转方式时，体系的运转本钱能够下降。因此，得出的结论是，与分布式体系比较，CCHP体系更具经济性，特别是当CCHP和分布式体系具有较大的负荷差异时。此外，电力定价体系对于优化电力网络的运营非常重要。

Fig. 5:

微型涡轮CCHP体系。

1.5 太阳能和沼气 CHCP 体系

在[25]中，提出了一种光伏(PV)和生物质CCHP体系，由一个较小的沼气PGU、太阳能电池、辅佐锅炉、吸收式制冷机、太阳能热集热器(STC)等组成，如图6所示。他们的模型运用遗传算法完成，以考虑经济、环境和能量规范，并将其成果与别离出产(SP)体系进行比较。SP经过优先满意电网供电的电力负荷、满意沼气锅炉供热的供热负荷以及由电网供电的电动制冷机制冷的冷却负荷来运转。在他们提出的计划中，PV电池和STC将太阳能别离转化为电能和热水，从而最大限度地削减化石燃料的运用和污染。发生的电力能够用于满意用户的电力需求，剩余的电力也能够卖给电网，并在顶峰时段进步动力耗费和本钱。他们的研讨成果标明，所提出的最佳操作战略在最小化运转本钱、污染物排放和一次动力运用方面具有至关重要的影响——相对于FEL和FTL操作方式。

Fig. 6:

生物质和太阳能冷热电联产体系。

1.6 光伏和燃气轮机CCHP体系

依据[27]，提出了一种在线经济最优运转的光伏和CCHP体系。运用线性规划（LP）经过MATLAB ® 拟定和建模该体系。仿真成果显现，具有最佳猜测操作的混合CCHP和光伏体系取得了最低的运营本钱。图7显现了所提出的CCHP体系。CCHP体系首要别离向电力和热负荷供电和供热，而光伏体系和电网补偿了功率短缺。一起由CCHP体系发生的额定热量能够收回并存储在储热罐中，也能够供给给吸收式制冷机，将其转化为冷能。辅佐锅炉发生热量以补偿任何热量短缺，并为吸收式制冷机供给热量，之后剩余的热量也能够存储在储热罐中。他们的仿真成果得出结论，在线模型能够确认能量办理体系每个组件的实践运转点，因为它能够将总本钱下降到约17%。

Fig. 7:

燃气轮机和光伏冷热电联供体系。

1.7 风能发电机、光伏和微型涡轮机冷热电联产体系

在[26]中，风能和光伏动力的组合被用来与燃气微涡轮机一同发电，并依据图8供应热量和冷量。在他们设置的体系中，电力负载衔接到由电网、光伏、风力发电机、微涡轮机和电池供电的中央总线，而热负载由微涡轮机驱动的锅炉供给，最终冷却负载由锅炉驱动的冰箱供给。他们声称这种设置能够更好地节省动力而且没有污染效应，经过比较仅由电网供电时的最佳战略得到了验证。HOMER软件用于建模一个以优化净现值为目标的微网的最优经济运转结构。他们的研讨成果标明，微燃气轮机的废热运用功率越高，从电网购买的电力就越少（更高的节能作用），排放的CO2也越少（更环保）。

Fig. 8:

风能、光伏和微型涡轮机CCHP体系。

1.8 固体氧化物燃料电池和磷酸燃料电池CCHP体系

依据[8]，现在有许多关于依据燃料电池的冷热电联产体系的研讨在进行中，虽然在电解方面，即运用电力从水中出产氢气，他们的论文所依据的研讨并不多。他们的评价体系包括磷酸盐燃料电池（PAFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC），以及包括环境保护因素在内的热力和技能经济性。图9展现了他们的冷热电联产体系。它由四个子体系组成，即（i）氢气出产，（ii）电力供应，（iii）加热和（iv）冷却。他们的冷热电联产体系的运转办法是，电网经过电解发生的氢气被存储在高压氢气储罐中，作为燃料电池堆的燃料来发电，然后馈入逆变器以向电网供电，满意修建物的电力负荷。燃料电池堆发生的热量经过热交流器传递给冷水，使其变热，然后将热水存储在高温水箱中，用于冬天为修建物供暖。在夏日期间，热量经过溴化锂吸收式制冷机单元传递，发生冷量以冷却修建物。此外，还有一个辅佐的电加热网络，必要时用于加热水。总的来说，依据SOFC的冷热电联产体系的经济性比依据PAFC的冷热电联产体系要好。此外，下降H2的出产本钱、取得可接受的H2以及最小化燃料电池的本钱也是重要的考虑因素。

Fig. 9:

氢燃料电池冷热电联供体系。

1.9 冰蓄冷和冷凝换热器-热电发电机冷热联供体系

如[11]所提出，CCHP体系依据内燃机（ICE）进行电力出产、家庭用水冷却和加热，而冷凝热交流器和热电发电机（TEG）被用来高效收回ICE废气中的废热。他们的计划选用了能量级联运用的概念。图10展现了他们的体系。总的来说，CCHP体系中运用了废气深度收回和TEG办法。TEG的电输出从231瓦变化到1180千瓦，总可收回废热添加了13%到16%。他们的研讨成果还显现，CCHP体系的初级动力功率能够到达94.4%，这是因为废气中的冷凝热收回。功率增强型体系功率比（PESR）和本钱节省率别离能够到达30.4%和41.7%，而CCHP体系整体添加的出资为11.1%。

Fig. 10:

"ICE和TEG CCHP体系。

1.10 低温聚合物电解质膜燃料电池冷热联供体系

依据[18]，研讨的意图是评价一种独特的家用微冷热电联产体系（CCHP）的功能和动力经济性，该体系运用低温聚合物电解质膜燃料电池（LT-PEM）动力单元和半效溴化锂吸收式制冷机。数值成果显现，在冷热电三联产体系的全功用领域中，其在火用和能量方面表现杰出。图11展现了他们的CCHP体系。PEM燃料电池动力单元和吸收式制冷机别离运用一维和热化学模型进行建模，并运用可用的实验和文献数据进行验证。他们经过能效运用系数（EUF）、火用运用率（ExUF）和冷热电三联产一次动力节省率（TPES）剖析了CCHP体系的功能，数值成果显现在EUF和ExUF方面表现杰出。他们的CCHP体系在三种方式下进行了测验，即不发生冷量、不发生热量和一起发生热量和冷量。在这三种方式下，它们的EUF和ExUF别离为75%和40%，56%和45%，以及61%和46%。这标明EUF在加热时表现最佳，在冷却时最差，而在较低负荷时完成了最佳功能。

Fig. 11:

LT-PEM燃料电池CCHP体系[18]。

1.11 进气节省燃气轮机CCHP体系

在[9]中，参阅CCHP体系，燃气轮机的进气节省（IAT）计划与FTL和FEL一同运用，并选用混合热电负荷（FHL）技能来评价CO2排放（CDE）、首要动力耗费（PEC）和运转本钱（COST）。CCHP体系的运转办法是坚持涡轮进口温度以发生更多的废高温烟气，从而导致热量收回设备中的冷却和加热出产更多。剖析了各种作业办法之间的相似性以及能量参阅要求，成果显现他们的CCHP计划在年度剖析中比单个计划先进，不管运用哪种作业办法。发现FEL操作办法的年度总CDE和COST的削减率最高，别离为13.50%和14.82%。此外，FEL战略的报答期最短，为4.91年。图12显现了他们的CCHP体系。

Fig. 12:

IAT燃气轮机CCHP体系

1.12 燃气轮机与太阳能冷热联供体系

如图13所示，[16]中提出的体系是一个以常规CCHP计划为中心的本地动力供应体系，并结合了GSHP和PV电力的出产。他们的研讨提醒了一种优化联合CCHP多动力体系的有效办法——规划优化，并推导出了一种处理相关优化问题的新办法。他们的优化处理计划依据次序操控装备办法、序列二次规划算法和反应校对机制（FEM）。最终，他们运用MATLAB ® 开发了一个CCHP耦合多动力体系优化工具。他们在商业区测验了CCHP体系的优化经济效益，相对于传统子体系，总年度运转本钱明显下降了36.2%。在供温暖冷却时节，CCHP的运转时刻别离为64%和66%，相应的GSHP体系别离运转了74%和88%的时刻，以确保体系准时运转。此外，他们的CCHP体系在两个时节处理了84%的电力、44%的加热和37%的冷却负荷，证明了他们的体系具有杰出的可靠性。

Fig. 13:

GSHP微型燃气轮机和PVCCHP体系。

1.13 冰蓄冷和地源热泵复合供能体系

依据[15]，研讨了两个GSHP耦合设备，如图14a和b所示，一个没有热交流器，另一个带有热交流器，以进步CCHP-GSHP耦合体系的履行作用。带有热交流器的设备别离比没有热交流器的设备功能高出0.34419和0.31118倍。与传统的FTL、FEL和FHL战略比较，对于具有更好归纳功能的热交流器，遵从体系最大归纳功能（MCP）和ICE单元最大电气功率的其他战略可能对CCHP-GSHP耦合体系更具吸引力。另一方面，遵从体系MCP的战略是进步归纳功能的最佳技能，其最大目标值为0.43264。以酒店修建为例，经过比较包括一次动力耗费节省率和生命周期本钱节省率在内的归纳评价和目标，并与独立发电（SG）体系进行了比较，经过选择简略遗传算法（SGA）和量子遗传算法（QGA）来处理优化问题。成果标明，在FTL战略以及其他战略下，QGA比SGA更适合于能量体系的最佳装备。

Fig. 14:

"ICE和GSHP CCHP体系（a）没有热交流器，（b）有热交流器。

1.14 具有CCHP制冷和除湿体系的ICE

在[14]中，假定了一个混合CCHP冷却和除湿体系，其间ICE被用作PGU。运用了“ICE夹套水”，使吸收式除湿器能够进行除湿。该混合冷却体系由一个电动紧缩式冷凝器和一个吸收式冷冻机组成。运用剖析层次进程和约束非线性规划（NLP）处理计划对体系的规划和运转技能进行了优化，以树立ICE CCHP计划的传热经济模型。图15展现了ICE CCHP体系。进行了敏感性剖析，成果显现，当电价为<0.078美元/千瓦时，燃料价格为>0.62美元/立方米时，与SG体系比较，CCHP体系在经济上相对晦气。它还提醒了燃料和电价对经济功能有影响，但对ICE CCHP体系的热动态功能没有影响。他们得出结论，吸收式除湿器在他们的ICE CCHP体系的热动态功能方面有更好的改善，但在他们的ICE CCHP体系的经济性方面几乎没有改善。

Fig. 15:

选用CCHP除湿和制冷体系的冰蓄冷体系。

1.15 5千瓦质子交流膜燃料电池冷热联供体系

依据[12]，依据一个5千瓦的PEM燃料电池的住所CCHP体系进行了多规范查询，如图16所示。他们的CCHP体系热力学模型得到了部分验证，经过运用参数剖析计划来评价依据四个评价目标的体系履行状况，即污染物排放削减、年本钱、火用功率和动力功率。该体系运用进化算法进行了优化，以取得三维帕累托解和最佳的参数功用集。他们的研讨成果标明，较高的相对湿度、较低的作业温度和添加的进口气体压力对于进步体系的排放和火用功率至关重要。在最终最优点，优化体系的年本钱、排放削减和火用功率别离为29337.3美元、1.82 x 10^7克和39.9%。当与非最优体系比较时，它显现出更好的功能，排放削减添加了25.5%，火用功率进步了28.3%——虽然是以经济本钱的价值。随着H2压力的添加，体系的火用功率和体系功率能够别离添加到61.2%和40.8%，每年排放量削减了1.5 x 10^7克。

Fig. 16:

5千瓦质子交流膜燃料电池冷热联供体系。

1.16 LT-PEM燃料电池和热电冷却器CCHP体系

如[19]中观察到的，该PGU是一种质子交流膜燃料电池（PEMFC），所运用的制冷体系是热电冷却器（TEC）。循环的首要组件，包括质子交流膜燃料电池和热电冷却器，没有活动部件，无噪音，因此不需要保护。冷凝水和约80℃的低品位热量是副产品。燃料电池和热电冷却器的数学模型已经完成，仿真成果与现有的学术出版物一致，验证了他们的微型冷热电联产计划是新颖的。它能够发生26.8瓦的冷量、2.79千瓦的电力和3.04千瓦的热量，而且具有76.94%的整体功率，二氧化碳出产削减约2.58千克/小时，初级燃料节省43.25%。火用功率为53.86%，燃料电池形成的火用损坏最大，随着温度的升高而添加。紧缩机形成的火用损坏第二，其次是泵。泵和热电冷却器形成的火用损坏最小。一个大致的经济核算标明，微冷热电联产体系的初级本钱本钱低于2000美元，其重量低于100公斤。图17显现了他们的三联产体系的设置。

Fig. 17:

PEM燃料电池和TEC冷热联供体系。

1.17 熔融碳酸盐燃料电池和斯特林发动机冷热电联供体系

如[17]所示，主张选用斯特林发动机、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和双效溴化锂/水吸收式制冷机混合CCHP体系。MCFC是主驱动器，其废热被用作斯特林发动机的热源，随后为吸收式制冷机的发电机供给热量。发生的功率、热量和冷量别离为6.482、2.137和1.372兆瓦。图18a和b别离总结了它们的CCHP体系示意图和流程进程。能量剖析的成果标明，他们提出的混合CCHP体系的总功率和电功率别离为71.71%和42.28%，而物化剖析标明，MCFC、斯特林发动机和燃气轮机具有相当高的功率。整体功率很高，最值得注意的是因为主驱动器的高收回率，而循环的电功率相对较低，这首要是因为工艺组件（如紧缩机和泵）的功耗所造成的。

Fig. 18:

斯特林发动机和MCFC冷热电联供体系。(a) 斯特林发动机和MCFC框图；(b) 斯特林发动机MCFC流程进程。