基于太阳能利用的冷热电联供系统研究

• 作 者: 吴基文
• 出 处: 华北电力大学(北京)
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 太阳能 冷热电三联供 运行策略

能源短缺,环境污染和气候变化等问题的出现已经成为人类目前必须面临的挑战。近年来,分布式冷热电联供系统作为可以解决能源相关问题的办法,越来越受到学术界和工业界的关注。与此同时,利用将太阳能这种可再生能源引入传统依靠天然气的分布式系统中,逐渐成为目前热门的研究课题。由于这种基于太阳能利用的冷热电联供系统的性能主要取决于系统结构,运行策略和设备容量,本文针对这三方面开展研究。本文将太阳能光伏发电系统、太阳能光热系统与燃料电池冷热电联供系统集成为基于太阳能利用的冷热电联供系统,并建立了基于能量平衡的静态系统模型;本文还提出了一种新型运行策略——混合跟随运行策略,它将电负载荷跟随运行策略与热跟随运行策略相结合,提高了分布式冷热电联供系统的性能;同时还建立了基于经济、能效和环保为一体的综合性能评价指标;最后,依据建立的综合性能评价指标,通过粒子群算法对系统进行关键设备容量优化。为了验证研究方法的可行性,本文以广州某员工公寓楼为例,通过算例分析,运用建筑环境设计模拟软件对该建筑全年的冷热电负荷进行预测。根据所提出的运行策略,通过粒子群算法优化了分布式冷热电联供系统的关键设备容量。优化后的燃料电池发电机组最佳容量为39kW,光伏板数目153块,电制冷负荷分配系数为0.7,储热水箱容量为2600kWh,综合评价指标为11.06%。在确定了最优容量后,研究并分析了在混合跟随运行策略下,分布式冷热电联供系统全年逐时能量流动分布特点。最后,将混合跟随运行策略与传统电跟随、热跟随运行策略进行对比,在这三种运行策略(电跟随、热跟随和混合跟随)下,分别对建筑物冷热电联供系统的关键设备最优容量配置及系统性能分析。结果表明,混合跟随运行策略因考虑了基于太阳能利用的冷热电联供系统中太阳能子系统功率波动的特点,能够较好地反映出系统与建筑物的负荷匹配关系。与其他两种运行策略相比,混合跟随运行策略在能效和减排方面更优。