基于全生命周期评价的冷热电联供系统优化研究

天然气与太阳能互补是提高能源利用率和实现节能减排的有效方法,该文构建一种光-气-储互补的冷热电联供(CCHP)系统。基于全生命周期理论,以一次能源节约率、总污染物减排率为目标函数,建立冷热电联供系统优化模型,应用遗传算法对系统变工况运行下的容量配置进行优化;将物质回收阶段纳入全生命周期评价,并在运输阶段考虑燃料运输。结果表明:经优化后,CCHP系统电跟随(FEL)策略可实现较好的节能减排效益。分供(SP)系统在物质回收阶段对环境的影响微乎其微,CCHP系统燃料运输能耗量远低于SP系统。

火电厂源侧综合能源系统集成及性能评估研究

本文建立了以火电厂为核心,消纳可再生能源并提供冷热电汽综合能源服务的一套能源系统,通过对整体系统及关键子系统热力性能分析,验证了提出模型和方法的有效性。并研究了一些关键运行参数对系统综合性能的影响,验证了提出模型和方法的有效性和优越性。结果表明:通过改变火电厂的源侧参数,可以提高综合能源系统荷侧的输出量;且生物质转化气对汽轮机发电功率的影响最大。热泵系统的负荷随着进入系统中的给水流量的增大而增大,利用汽轮机中的部分抽汽来驱动热泵系统,虽然发电功率下降了10.88%,但是却为用户提供了16.8MW的热负荷和16.2MW的冷负荷以及27.78t/h的蒸汽量。

含分层储能的冷热电联供系统运行优化

为提高冷热电联供型微电网对可再生能源的消纳能力,解决源-荷的不确定性使得系统运行稳定性降低的问题,提出含分层储能的三级混合时间尺度滚动优化方法。日前优化目标为日运行成本最低;日内上层以燃料成本和蓄热罐功率变化惩罚成本最低为目标对冷热能进行优化,下层以电网交互成本和蓄电池功率变化惩罚成本最低为优化目标对电能进行优化;实时电系统反馈以电系统削峰填谷作用量和功率波动量最低为优化目标;得出最优的系统中各设备的出力计划。结果表明:该优化方法和分层储能能够有效达到削峰填谷的作用,各设备功率波动率均处于较低水平;冬季典型日的日运行成本比日前成本有所降低。

煤矿瓦斯抽采液环真空泵新型降温及余热利用方法研究

瓦斯抽采液环真空泵温度高是导致其运行效率低和使用寿命短的重要原因。基于液环泵无用功耗散理论,定量分析了泵的产热-散热机理,提出了基于低温热泵的瓦斯抽采泵智能降温及余热利用技术,并搭建了工程试验系统,研究了进液温度、工作液流量、环境温度等参数对系统降温效果的影响。以李村煤矿2BEC87型瓦斯抽采泵为试验对象,在吸气负压为-53 kPa、进液流量为10 m3/h时,进液温度可由35℃降至16℃,运行温度由54℃降至45℃,降温效果显著;抽采泵运行效率提高了7%以上。

基于天然气、地热能和太阳能的多能源耦合系统优化研究

该文基于冷热电三联供系统、地源热泵、光伏和光热耦合的多能源耦合系统,构建了多能源耦合系统全工况优化模型,以能源、经济、环境的综合指标为优化目标,以燃气轮机的额定容量、决定是否运行燃气轮机的关键值、地源热泵供能与建筑负荷的比率、光伏面积和光热面积为优化变量,基于优先满足建筑总热需求的运行策略,以系统冷热电平衡和设备容量为约束,以粒子群算法对优化模型进行优化.提出的优化模型应用于北京的一栋宾馆建筑,得到了优化后系统的最优设备容量与运行策略,为多能源耦合系统的优化提供了参考.

FSAC赛车动力电池的复合冷却

针对中国大学生无人驾驶方程式赛车动力锂电池散热效率较低的问题,提出风冷与相变材料结合的复合冷却技术。基于一维生热模型与三维传热模型,研究锂电池模组在高倍率放电下的产热特性,采用ANSYS风冷下的电池温度分布,对铜排与极柱连接部分进行相变材料冷却,同时在模组间放置散热隔板进行相变材料冷却,进一步探究单体电池的最大温度分布。结果表明,单体电池最大温度降低到29℃,之间最大温差为2℃,电池散热效果得到优化。

大功率充电连接器相变冷却换热特性研究

直流大功率快充技术可显著缩短电动汽车充电时间,缓解充电焦虑,然而在高电压、大电流下,充电连接器的温度短时间内急剧上升,将降低连接器使用寿命且易引发安全问题。为此,提出一种适用于大功率充电连接器的高效相变冷却技术,分别对单相和相变冷却性能进行数值建模分析,研究了冷却液种类、流量、套管厚度等参数对冷却性能的影响规律。结果表明,充电时长为5 min,加载电流为600 A时,采用40℃水单相冷却可将电缆温度降低至69℃,而采用R134a两相相变冷却则可将电缆温度降低至40℃以下。电缆温度随两相冷却液流量增加而降低,随套管厚度增加而增加,套管厚度相较冷却液流量对电缆温度的影响更为显著。

基于插片散热器的某功放单元设计

设计一款可在室内机房环境条件下工作,总热耗约为2700 W,结构紧凑、散热方式简单、散热效果良好,可安装在19寸机柜内的功放单元。依据该功放单元工作原理、内部器件布局、热耗,综合考虑散热与结构要求,设计一种采用组合插片散热器强迫风冷的方案。通过功放模块和电源分组固定安装在分层的3个插片散热器上,同时与设备侧壁形成完整的风道的方式,实现了功放单元的强迫风冷散热;并对该设备进行了热传导与散热理论计算,同时运用仿真软件建立模型,进行数值分析。数值仿真结果显示,该功放单元正常工作热交换达到平衡状态时,功放模块外壳最高温度为64.2℃,满足设计要求。通过实物样机验证了该功放单元基于组合插片散热器结构设计方案的可行性,以及计算、仿真方法的合理性、正确性。

基于热泵技术的余热回收供热系统

传统热电厂的循环冷却水中含有大量的低品位余热,利用热泵技术对其进行回收,能够显著提升供热系统的能源利用效率,有利于实现节能减排和“碳中和”目标。设计基于单、双吸收式热泵机组的余热回收供热系统,旨在有效利用循环冷却水中的余热,增加供热能力并分析系统性能。结果表明,与传统供热系统相比,两种余热回收供热系统均可显著回收循环冷却水的热量,提高系统供热量并大幅减少能源消耗,带来可观的经济收益;双吸收式热泵机组系统展现出更优异的热力性能,具备显著的节能减排优势。分析循环冷却水入口温度和一次网回水温度对双吸收式热泵机组性能的影响,发现循环冷却水温度对系统性能影响较大,随着循环冷却水温度的升高,系统的供热量增加比例、节约标煤量和新增供热面积均增加,而一次网回水温度对系统性能的影响较小,随一次网回水温度的升高,系统的供热量增加比例、节约标准煤量和新增供热面积几乎不变。

离心式空压机余热制冷/热系统分析

离心式空压机余热以压缩空气的热能为主,通过采用换热器回收空压机余热用于冬季供暖和夏季制冷。离心式空压机余热的回收量主要受压缩空气排气温度、换热器排气端差及热水进出口温度共同影响。建立了进气温度、相对湿度及压缩后空气压力与压缩后空气露点温度的关系曲线,结果表明压缩空气的露点温度随着进气温度、相对湿度、压缩后压力的升高而升高。由于热回收后的排气温度仍然很高,余热主要以压缩空气显热为主。实际应用中,热电比为47.3%、冷电比为23.4%。在余热制冷方面,制冷量主要受热水型吸收式冷水机组驱动热水温度和性能系数影响,采用两级热水型吸收式冷水机组与系统匹配性更好,使用更为普遍。系统总投资回收期为0.38 a,收益主要来自于供暖;制冷设备投资回收期为1.82 a。

基于微通道散热的板条激光放大器热仿真分析

众所周知,热效应是限制大功率高能量激光器发展的一大瓶颈,在高能激光产生的过程中伴随着大量的废热产生,影响高能量激光器的光束质量甚至会影响其正常工作。为了保证高能量激光器的稳定运作并研究其工作物质的散热过程中的热分布状态,本文建立了一种用于高能Zig Zag板条激光放大器的双端入水微通道散热模型,利用CFD模拟仿真软件在额定工况下对微通道与空腔热沉进行散热对比,还研究了模型的可变参量:通道高度、翅片厚度,以及水流量对于散热性能的影响。模拟研究发现本文提出的微通道热沉冷却效果优于全腔水冷效果,微通道热沉将晶体表面最高温差控制在4℃以内,表面温度也降低了32;同时在压降允许范围内优化通道参数能再将冷却效果提升10,实现增益介质分布式高效散热。

耦合储能电池的冷热电联供系统全工况性能分析

冷热电联供系统具有能源利用效率高、运行调节灵活的优点。设计了耦合储能电池的冷热电联供一体化系统,建立了关键部件的精细化数学模型,研究了压气机和透平的效率、环境温度对联供系统性能的影响。针对典型制冷和供热工况,研究了耦合电池储能的冷热电联供系统全工况热力性能、储能电池的充放电特性。结果表明:环境温度对冷热电联供系统性能具有较大的影响,其最大供热量随着环境温度的降低而下降,最大供冷量随着环境温度的升高而下降。制冷模式下,冷负荷、电负荷全天波动较大,全天平均冷、电负荷仅为额定功率的39.9%左右,全天平均能源利用系数为0.712。供热模式下,典型日全天燃机循环的发电效率、供热系数以及能源利用系数波动很小,且均高于制冷模式下相应的指标。

电动汽车动力电池组液冷散热优化

电动汽车动力电池在充放电过程中快速产生大量的热量,开展高效散热设计有利于提升电池组工作效率及其安全性。采用冷板和电池组相结合的方式进行电池组液冷散热设计,以50℃作为临界最高温度进行研究,结果表明冷板与电池组采用侧面侧方布置时电池表面平均温度最低,温度均匀性较好。满足散热设计对应的相间侧向所需质量流量最小且为0.05 kg/s,而相间上向模型的压降最小。因此,电池组散热设计时可优先选择电池单体与冷板相间布置的结构。

考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化

冷热电耦合的共享储能可以更显著地提高微网多种能源的利用效率与消纳水平。然而,多能耦合的共享储能进一步增加了多微网之间协调运行的难度,故而提出了一种考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化模型。首先,围绕多能耦合共享储能进行建模,从冷、热、电3个维度构建元件的运行模型。其次,提出了一种计及多能耦合共享储能协作的微网混合博弈双层协调调度模型。上层部分为基于主从博弈的微网运营商日内电价优化模型,以微网运营商的日内收益最大化为目标,综合考虑电价上下限约束和购售电价平均值约束,为下层协作运行提供响应电价;下层部分为基于合作博弈的微网间协作运行策略模型,以产消者和共享储能电站的合作成本为目标,综合考虑机组出力上下限约束和功率平衡约束,为上层反馈合作成本用于指导电价优化调整。然后,在混合博弈模型求解时,以电价变动率为收敛判据,同时采用二分法处理电价约束以加速模型求解。最后,采用多智能体协调优化的微网系统验证了所提方法的有效性。

基于压缩空气储能与增强型地热的三联产系统热力学分析

为提升压缩空气储能技术的能量利用率与供能灵活性,基于能量梯级利用原理,提出了一种耦合压缩空气储能与增强型地热技术的冷热电联产系统。通过建立系统的热力学模型,研究了关键运行参数对系统热力学性能的影响规律,并以系统(火用)效率和单位能量成本为目标函数,获得了系统的多目标优化解集。结果表明,膨胀机与换热器是系统高效运行的关键设备,提升这2个设备的运行效率对于系统热力学性能以及输出功量的提升作用显著,采用多目标优化方法得到系统的最优(火用)效率为55.73%,最优单位能量成本为6378.94元/kW,能量效率和相对节能率较设计工况分别提升了6.1%和10.68%。研究结果从热力学和经济学角度为系统的工程应用提供了理论依据。

计及风光储的冷热电联产综合能源系统低碳经济优化

为解决能源危机,中国大力发展综合能源系统,以期进行多能协同互济,实现节能降碳。主要研究计及风光储的冷热电联供系统多目标优化调度问题。首先,从经济和碳排放2个不同的角度出发,建立经济目标函数和环境目标函数,构造考虑风光储的冷热电联供系统多目标优化配置模型以及相应的约束条件;然后,提出增强的非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ),通过引入支配强度和方差因子,提高算法求解效率和求解精度;最后,以辽西某地正在运行的冷热电联供系统为例进行仿真分析,验证本文所提模型和方法的有效性。

含冷热电联供的用户级综合能源系统多能协同优化调度

针对含微网的冷热电联供系统优化调度问题,建立了包括风电、光伏发电、燃气轮机、制冷机、锅炉等综合能源系统模型。以最小化环境成本和经济成本为目标,采用麻雀优化算法来优化含粒子群算法的含微网的冷热电联供系统优化调度方案。所提出的麻雀算法优化粒子群,改善了粒子群算法易陷入局部最优,收敛速度慢的缺陷。并对所提麻雀优化粒子群算法进行函数仿真测试,对比结果验证了所提方法的可靠性。基于麻雀优化粒子群的冷热电联供系统优化调度模型,并与传统粒子群和现有方案进行对比,所提方法的环境成本和经济成本均为最低,验证了所提方法的有效性。

基于改进MOEAD算法的CCHP系统运行优化

通过综合考虑冷热电联供(CCHP)系统中各类约束条件,基于夏冬两季典型日负荷需求曲线,构建了吸收式制冷机、燃气内燃机和燃气锅炉等主要机组设备模型。针对区域内系统经济性与环保性两者的协调优化问题,提出一种改进的基于分解的多目标进化算法(multi-objective optimization algorithm based on Decomposition, MOEA/D)对系统模型进行多目标优化求解。最后以某商业区能源站为实际算例,通过Matlab进行仿真。仿真结果显示所提出的系统优化方法,能使该能源站的运行更加经济与高效。

重力对新型大功率环路热管传热性能影响的实验研究

针对数据中心冷却引发的巨大能耗问题,提出一种可用于数据中心服务器冷却的大功率空冷式环路热管。通过大量对比实验,探究重力对该环路热管传热性能的影响。实验结果表明,所提出的梯度毛细结构以及对回流液体再冷却的方法能够有效改善大功率环路热管在不同重力模式下的传热性能。经过结构优化后的环路热管在重力辅助模式下的最大传热能力达950 W,对应的系统总热阻低至0.1℃/W,且成功实现了逆重力模式下的运行。

工业园区分布式冷热电能源系统规划

以工业园区冷热电能源需求为例,研究天然气分布式能源站的冷、热、电三联供,有助于园区企业降低用能成本及设备运营投资。为此,在分析参阅国内外研究文献、筛选整理有效数据的基础上,归纳总结工业园区冷热电负荷预测方法,并基于典型供能装置数学模型,建立工业园区分布式冷热电能源系统规划模型,最后以武清高村科技创新园为算例,验证模型的可行性和有效性。