【摘 要】
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零能耗建筑是实现“碳中和”的有效途径之一,建筑终端用能清洁化替代是未来发展的必然趋势。随着当前社会-技术-能源范式的革新,建筑领域不得不承担更高的节能要求和社会责任,不仅要降低自身能耗,也要创新发展可再生能源技术为自身供能。本文提出氢能支撑的零能耗建筑供能系统基本结构及运行策略,并考虑建筑建设面积及全寿命周期经济性探讨供能系统的多目标规划方法。本文的具体研究内容包括:围绕零能耗建筑设计要求,定义了
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零能耗建筑是实现“碳中和”的有效途径之一,建筑终端用能清洁化替代是未来发展的必然趋势。随着当前社会-技术-能源范式的革新,建筑领域不得不承担更高的节能要求和社会责任,不仅要降低自身能耗,也要创新发展可再生能源技术为自身供能。本文提出氢能支撑的零能耗建筑供能系统基本结构及运行策略,并考虑建筑建设面积及全寿命周期经济性探讨供能系统的多目标规划方法。本文的具体研究内容包括:围绕零能耗建筑设计要求,定义了“零能耗建筑供能系统”并描述了其特征,提出了典型应用场景下氢能支撑的供能系统结构,制定了包含12种工况模式的运行策略。基于所述供能系统结构,将内部收益率作为评价指标,在连续极端天气无风光出力情况下,将氢能支撑的供能系统与储能电池、储能电池+柴油机两种供能模式对比分析,得到结论:在极端气候条件下,随供能系统容量功率比增加,氢能容量成本低的优势逐渐显现,其内部收益率在容量功率比达到13倍后超越其他两种供能模式,验证了氢能作为长时储能的经济性优势。针对屡屡发生的“生产盈利,运维赔本”、“买得起,用不起”的项目投资现状,立足供能系统全寿命周期时间价值,建立了考虑预防性维修成本的全寿命周期成本模型。采取改进熵权层次法构建零能耗建筑供能系统设备预防性维修策略,根据供能系统运维特点和实际工况划分了多层预防性维修评价指标体系,结合设备实际场景下的维修经济性、设备重要度、故障危害度等指标的量化数据,确定了更加科学合理的维修周期,削减了过维修、欠维修现象,使不同系统衍生的维修费用差异精确化,获得了更具理论依据的零能耗建筑供能系统设备全寿命周期成本。针对零能耗建筑不同应用场景,供能系统所需建设面积与现实条件的匹配问题是系统规划的重要课题之一。为此,建立了以全寿命周期成本最少、供能系统所需建设面积最小作为优化目标,以供能设备容量为决策变量,考虑了功率平衡、出力上下限、储氢、负荷缺电率、新能源持续发展等约束条件的NSGA-Ⅱ多目标规划模型。采用Topsis方法筛选Pareto解集中不同规划偏好下的最优方案。针对西北地区某居住建筑进行算例分析,验证了规划模型及方法的可行性与合理性。此外,采用弃新能源惩罚这一负外部性政策进行灵敏性分析,验证了政策对用户用能习惯的正向引导、推动作用。
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