SSB蓄电池集成有机朗肯循环和太阳能热运用的冷热电联供体系

2026-02-06 10:42:38

1.18 集成有机朗肯循环和太阳能热运用的冷热电联供体系

[34]中的研讨是一种新式的集热式（ST）有机朗肯循环（ORC）CCHP体系，如图19所示。内燃机（ICE）是首要的动力源，它与ORC一同能够一起发电。与传统的CCHP和CCHP-ST体系不同，CCHP-ST-ORC体系将化石燃料与可再生动力谐和地结合在一同，其功能是依据热力学评价的。他们的研讨成果标明，他们的CCHP-ST-ORC体系（i）比传统的CCHP和CCHP-ST体系多发生5.1千瓦的电力，（ii）比普通的CCHP体系的能效高出22.6%，（iii）比CCHP-ST体系耗费的能量少12.4%，（iv）部分负荷比率为100%，而且能够发生高达108千瓦的电力和热量，（v）能够运用太阳能集热器和ICE来满意热量需求，而不需要燃气锅炉，（vi）与传统的CCHP和CCHP-ST体系比较，其火用功率相似，为40%。缺点是ST集热器只要在有阳光的状况下才干作业。他们的研讨成果为耦合CCHP体系的规划、开发、运转和运用供给了基础。

Fig. 19:

归纳运用有机 Rankine 循环和斯特林发动机作为冷热电联产体系的制冷剂。

1.19 结合光伏/热能面板和热能贮存的CCHP体系

如[35]中报道，CCHP体系正在成为一种流行的技能，能够供给级联高效动力，经过集成PV/热板及能量存储，并由有效的运转战略操控能量流动，能够进步CCHP体系的功能。他们构建了一个数学模型来描绘他们假定的体系，并运用粒子群优化（PSO）确认了首要组件的最佳尺度。测验的四种状况别离是：（i）包括PGU、热收回体系（HRS）、PV/T、热能存储（TES）、换热器、锅炉、吸收式制冷机及电制冷机的CCHP体系；（ii）与（i）相同，但没有TES；（iii）与（i）相同，但没有PV/T；（iv）与（i）相同，但现在没有TES和PV/T。每种状况（i）至（iv）都依据五种运转战略进行了重复测验：（a）电力冷却比下的燃料功率损失（FEL–ECR），（b）FTL，（c）FHL，（d）遵从最大PGU功率（FME），以及（e）他们的提议战略。在状况（i）中，PESR的原值添加了39.6%；在状况（ii）中，PESR的原值上升了17.6%；在状况（iii）中，PESR的原值添加了7.3%。FTL和FME运转战略给出了最差的PESR，而FHL给出的PESR比FTL和FME好，但本钱节省是最差的。他们提出的战略给出了最好的PESR和总本钱节省，其次是FEL–ECR。图20显现了他们的体系。

Fig. 20:

集成了光伏/热能面板和TES的CCHP体系[35]。

1.20 多动力导向的CCHP体系：能量流优化办法

[36]中的研讨以及图21所示的研讨是一个多动力CCHP体系，该体系结合了天然气、太阳能和风能以及由PSO办法操控电力存储。经过定义特定动力方式的供应可靠性指数，构建了一个热力和电力损失概率的指数，一起也考虑了投本钱钱、CO2排放和一次动力耗费。在FEL下，可再生动力被优先用于发电，在顶峰负荷期间或夜间有风且需求较低时，其份额能够超越50%。因为这些波动，化石燃料PGU处于待命状态以盯梢负载功率需求。他们的研讨得出结论，CCHP设置比独自的能量出产设置更好，FEL操作战略优于传统操作战略，并供给了更好的动力功率、经济性、环境保护和可靠性。

Fig. 21:

多动力导向的CCHP体系。

1.21 依据改善的CCHP体系的查找算法

在[37]中查验并在图22中描绘的是一个依据开发的依据Levy飞翔机制和圆映射的查找技能的增强型CCHP体系，其间优化了CCHP体系的能量流以削减伊朗克尔曼地区的首要电力运用。在他们提出的体系中，热气体的废热被收回，一起发生电力，使得动力功率>85%。他们的体系在运转本钱、排放削减以及动力运用方面进行了剖析和优化。他们的模仿显现，运用最佳参数时，首要组件的功率能够进步。体系剖析标明，与现有的参阅体系比较，CCHP体系的PESR和CO2排放最小化是明显的；但是，整体的年度本钱节省削减了容量。CCHP体系的PGU容量的最佳值为500千瓦。

Fig. 22:

依据开发的猫头鹰查找算法[37]的改善CCHP体系。

1.22 装备CCHP体系的住所修建智能动力办理体系

在[38]中假定并在图23中示例化的是一个智能能量办理体系（EMS）的概念，该体系用于修建物的CCHP-微电网体系，以操控其储能和可再生动力体系的调度。他们的假定是智能电表从不同设备收集测量数据；但是，在运用这些数据之前，对这些数据的细化和处理似乎是必要的。他们提出了一种智能EMS（SEMS），用于在高浸透分布式动力资源的住所微电网中的运用。对于随机和确认性的场景，构建动力操作的本钱被最小化，而且经过运用前一天的优化动力规划来测验所主张概念的有效性和适用性。考虑了一个依据蒙特卡罗模仿的随机模型，以确认不确认性对修建物日常动力办理的影响。得出的结论是，运用装备智能操控器的CCHP体系能够明显下降动力运营本钱。

Fig. 23:

住所修建装备CCHP体系的智能EMS。

1.23 地热驱动的整合喷射式超临界CO2和朗肯循环的CCHP体系

依据[39]，因为高效热力学循环和可再生动力的引入，CCHP体系的优势正在变得明显。他们提出的模型如图24a所示，是一个装备了传统朗肯循环的地热CCHP体系，在图24b中，燃气冷却器被内部换热器（IHE）所取代，并在广泛的实践运转条件下进行了测验。为了研讨规划变量的影响，进行了参数剖析和热力学建模。在典型的运转条件下，他们的研讨成果标明，燃气冷却器的更换导致图24b体系的过能功率为30.9%，净功率输出为49.1%，冷却输出添加了75.8%，虽然相对于图24a体系而言，加热输出的削减幅度为39.1%，热功率的削减幅度为9.2%。此外，涡轮进口压力与净输出功率和过能功率成正比，与加热输出和热功率成反比。总的来说，他们提出的体系与相似的体系比较具有更好的输出功率功能。

Fig. 24:

依据(a)TRCC循环和(b)带IHE的TRCC假定的CCHP体系。

1.24 依据CO2蒸汽紧缩和制冷体系的不同联产和三联产体系的热力学和经济剖析

在[40]中，研讨了各种新式集成联产和三联产体系，主张运用CO2并行紧缩经济化-蒸汽紧缩制冷循环，容量为1兆瓦，蒸腾器温度在-35°C至45°C之间。研讨的首要贡献是对这些体系进行了深入的技能经济评价，以习惯各种实践用途。图25a显现了一个用于制冷、空谐和热水出产的归纳三联产体系。图25b显现了一个用于制冷、空谐和供电的归纳三联产体系。还进行了参数研讨，以确认各种方式和要害规划动态的影响，以及操作参数对所提出体系的功能。热经济成果显现，收回从紧缩机中出来的CO2的可取得热能将在环境、经济和热力学方面具有吸引力，从而供给各种重要的输出。经过联产设备能够发生>147千瓦和>478千瓦的制冷和空调作用。此外，依据运用的有机流体和装备，能够发生59.52千瓦至185.8千瓦的功率，从而将功能系数（CoP）进步≤18.0%。此外，三联产装备每年可取得7763至9360立方米的日子热水，从而将冷却本钱下降≤13%。

Fig. 25:

(a) 用于制冷、空谐和热水出产的联产体系，装备热交流器；(b) 用于制冷、空谐和电力出产的有机 Rankine 循环联产体系。

1.25 能量、环境和经济评价：以氢气和氦气为工质的斯特林发动机驱动的CCHP体系

[41]中的研讨，如图26所示，是一个双斯特林发动机的CCHP体系，以氢气和氦气作为作业气体。该发动机选用非抱负绝热模型进行评价，吸收式制冷机能量评价运用的是发动机的废热。研讨了斯特林发动机的要害标准参数，如加热器温度、再生器长度、CCHP功率、吸收式制冷机工质COP、CCHP一次动力节省、CO2排放削减、运转本钱下降以及发动机转速，并与传统动力体系进行了比较。运用氦气的电力出产、冷量出产、热量出产和CCHP功率及COP成果别离为15.24千瓦、19.65千瓦、12.65千瓦、70%和64.4%；运用H2的电力出产、冷量出产、热量出产和CCHP功率及COP成果别离为22.52千瓦、21.65千瓦、14.43千瓦、72.29%和66.7%。总的来说，氢气给出了更好的成果。

Fig. 26:

CCHP体系概述。

1.26 氨水混合物循环的热力学和热经济剖析

在[42]中提出并在图27中展现的是一种依据氨水混合物的CCHP体系，该体系由低温热源（LTHS）驱动，是Kalina循环的定制版本。为了研讨所引荐体系的可行性，运用了热力学和热经济平衡方程对热体系的功能进行了剖析。能量和火用功率别离核算为49.83%和27.68%。电气、冷却和加热容量别离为0.253、1.610和1.972兆瓦。经过进步蒸腾温度和根本氨浓度，或下降别离器压力、加热单元温度和蒸气发生器的终端温差，能够取得更高的能效。经过添加别离器1的压力或下降别离器2的压力、加热单元温度、蒸腾温度和根本氨浓度，能够取得更多的火用功率。该循环的总产品本钱能够经过进步蒸腾温度来最小化，也能够经过进步氨浓度来最大化。

Fig. 27:

LTHS CCHP体系概述。

1.27 针对可再生动力体系在偏远旅游区集成电加热储能体系的装备优化结构

[43]中研讨的体系，如图28所示，是一个为偏远旅游区供给风能、太阳能和天然气三联供的CCHP体系。考虑到体系的复杂性，树立了一个CCHP动力中心来集中和分配电力和热量以及冷量。一个集成的优化结构经过在动力供应可靠性和可再生动力浸透指数上插入约束条件，削减了年度经济、保护和燃料本钱，并能够告知电力、热力和冷量供应的可靠性。PGU在风能和太阳能中止期间供给了大部分电力，而热能和电力贮存设备也在这方面进行了协助，以削减糟蹋并进步体系的功能，虽然是以添加体系复杂性为价值的。测验了五种不同的CCHP装备计划，其间包括光伏动力、风能、PGU、燃气锅炉、电能贮存设备、供热能贮存（HES）设备、电制冷机、吸收式制冷机和换热器的计划在最佳容量装备和运转经济方面表现最佳，虽然运用的设备的初始安装本钱较高。

Fig. 28:

研讨过的CCHP体系的概述（改编自[43]）。

1.28 ORC 双发电机和吸附式制冷机冷热联供实验原型

在[44]中进行了研讨，并在图29中总结的是一个依据光伏、微有机 Rankine 循环设备和内置实践生物气候近零能耗修建（NZEB）的冷热电联产体系，该体系运用TRNSYS ®软件进行建模。剖析包括动力、经济和环境方面，发现体系的功率遭到太阳辐射和天气条件的影响。体系按小时进行剖析，敏感性成果显现方位对体系有影响。体系每年运转100天，功率在32%到42%之间。该体系被证明适用于家庭通风。进行了技能经济评价，除非考虑经济支撑的可能性，否则所评价处理计划的收回期为>25年。如果初始本钱得到经济鼓励的支撑，评价标明所主张的冷热电联产体系能够在6年内收回出资，25年的净现值为50,000欧元。

Fig. 29:

研讨中的CCHP体系。(a) 概述和 (b) TRNSYS ® 模型。

1.29 多场景归纳动力体系的优化办法和优化运转战略的比较研讨

在[45]中展现并在图30中捕获的是一个集成多场景的CCHP体系理论模型。为了最小化每小时的运转本钱，提出了一种依据翔实查找算法的自习惯技能。运用各种操作办法来处理远程和衔接状况，确认了最佳容量和操作参数。研讨发现，运用自习惯技能时，远程计划供给了最低的年体系本钱，别离为商业修建的$23.6/m2和办公楼的$19.39/m2，其次是FEL技能的$23.68/m2和$19.43/m2，最终是FTL战略的$25.17/m2和$20.2/m2，而在衔接计划中，最低的年化体系本钱为$693 300（约$19.26/m2）。一种协同优化办法，即谐和遗传算法和正交实验战略，被发动以树立多个决策变量，成果显现它能够比非协作优化削减0.67%的年本钱。在大型动力供应区域的状况下，衔接的CCHP体系在经济上优于孤立的CCHP体系。在孤立场景中，不管选用何种战略，分开的能量出产体系对住所修建来说更经济。

Fig. 30:

多场景集成CCHP体系。

1.30 购物中心CCHP-ORC分布式动力体系运转模仿

在[46]中提出了一种CCHP-ORC体系，以稳定不规则的电力和热力需求，并进步热源侧的热电比的多功用性和可变性。运用TRNSYS ® 软件，依据体系装备耦合剖析和热力学参数，开发了一个CCHP-ORC体系的运转模仿模型，其间取得了PGU的燃料质量流量、补充燃料的质量流量、燃气发动机的发电量和体系从电网购买的电能。一个商业修建被用作示例，图31总结了研讨。在热量盯梢（FTL）方式下，因为过渡时节的加热和冷却负荷较低，天然气耗费量最小化，因此体系发电量小，购电量相应上升。同样，在电力盯梢（FEL）方式下，过渡时节的加热和冷却负荷较低，导致发生大量的废热，这能够削减焚烧后的质量流量，但会相对添加发电量。