摘要 地源热泵 (GSHP) 已被证明是减少建筑供暖和制冷碳排放的有效方法,但由于峰值需求的增加,这些系统的大规模运行给场地和电网带来了挑战。在本研究中,我们研究了如何使用分层水存储形式的热能存储 (TES) 来降低与 GSHP 系统相关的峰值日需求,从而提高其成本效益。将该系统与热电联产 (CHP) 电厂进行了比较,以研究电气化对从高效化石燃料设备过渡的大型能源用户的潜在成本和排放影响。本研究以先前的研究为基础,使用了一个很大的校园区域,并研究了电气化系统与最先进的化石燃料系统的各种影响。热泵和埋管热交换器 (BHE) 以及 TES 使用一种成熟的 TRNSYS 建模方法。带 TES 的 GSHP 系统按照行业标准建模,其规模能够实现资本和运营成本之间的最佳平衡。研究了独特的大型能源用户费率结构以及更常见的通用费率结构的成本。结果表明,在 GSHP 系统中添加 TES 可以降低 4.5% 的运营成本,但与基准 CHP 系统相比,成本仍会增加 5.64%。但是,研究还表明,将热泵策略性地集成到 CHP 系统中是最具成本效益的解决方案,仅使运营成本增加 4.71%。同样,研究还强调了不同费率结构的影响,在通用公用事业费率下,TES 仅可节省 0.75% 的成本。此外,研究还表明,热存储具有很大的需求减少潜力,添加存储会导致年峰值需求 kW 减少 7-22%,具体取决于费率结构。关键词:热泵、TRNSYS、能源系统建模、电气化、脱碳、热能存储、峰值需求亮点
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许多制冷剂具有较高的全球变暖潜能值 (GWP),因此及时修复设备泄漏并在维护和设备退役时收集制冷剂至关重要。氟化气体 (F-gas) 制冷剂占全球温室气体 (GHG) 总排放量的 2%。旧式制冷剂含有高臭氧消耗潜能值 (ODP) 和高全球变暖潜能值 (GWP) 成分。热泵中使用的现代制冷剂在 100 年内 GWP 是二氧化碳 (CO 2 ) 的 2,000 倍。制冷系统中使用的制冷剂的 GWP 几乎是 CO 2 的 4,000 倍。但并非所有制冷剂都相同。制冷剂和混合物有成千上万种,GWP 值从 0 到 12,500 不等。根据国际能源署的数据,到 2050 年,全球制冷剂需求预计将增长四倍,因为高效热泵的普及和制冷需求的增加,尤其是随着全球气温上升。如果不加以监管,制冷剂使用的这种扩张将导致制冷剂在温室气体排放总量中所占比例更大。
摘要:本文研究了包括风力涡轮机、内燃机和绝热压缩空气储能系统的混合能源综合体的优化设计。提出了一种新颖的双层优化策略,用于基于技术经济考虑优化系统各组件的容量和运行功率。本文介绍了储能系统组件部分负荷运行对最佳额定功率和工作策略的影响的信息和讨论。事实证明,非设计特性对混合系统的效率和经济性产生了巨大的负面影响。当系统在部分负荷条件下运行时,压缩空气储能系统的效率在夏季降低约 21%,在冬季降低约 8.9%。实施所提出的双层优化策略时,系统的运行成本显着降低。
温室气体排放率的上升引起了全世界的关注 ( Chapman et al., 2022 ),碳中和的提出是为了指导节能环保的经济建设。目前,人们已经采取了各种努力来实现低碳经济,例如,基于液化气应用的冷链物流的发展 ( Dong et al., 2021 )、基于相变材料储能的建筑热环境控制 ( Wang et al., 2012 ; Zhang et al., 2020 ) ,以及基于氢燃料电池的汽车可再生能源供应 ( Tsuchiya, 2008 )。随着数据处理要求的爆炸式增长,数据中心的功率密度可高达 400 – 3,000 W/m 2,这带来了很高的散热需求 ( Zhang et al., 2011 ; Liu et al., 2013 )。因此,数据中心制冷的二氧化碳排放量正在迅速增加(Deymi-Dashtebayaz 和 Valipour-Namanlo,2019 年)。开发基于零碳能源的制冷和冷藏技术迫在眉睫。由于广泛存在的可再生能源(如太阳能和地热能)提供热量而不是电能,因此由热源驱动的制冷方法是最佳的。我们介绍了热驱动制冷方法和可以利用的可再生能源,为优化数据中心的低碳制冷提供见解。
海军使用大量的氢氟化合物(HFC)作为空调(AC)植物中的制冷剂。这些植物的冷却能力从125到1100制冷吨(RTON),并为各种任务关键冷却应用提供冷藏水,包括重要的电子,武器系统和人员。使用这些相同的HFCS制冷剂的泵送两相冷却系统直接冷却了许多未来的高能电子系统。最近的立法以及国际协议可能会影响这些HFC的未来可用性和成本。尤其是,《美国创新与制造法》(AIM)法案(公共法116-260)要求在未来15年内减少氢氟化合物的85%。本文总结了所采取的挑战,机会和最初的研究工作,以识别适合在海军平台上使用的低GWP替代品。
摘要。能够缩小夏季可再生能源发电和冬季供暖需求之间季节性差距的技术对于减少能源系统的二氧化碳排放至关重要。钻孔热能存储 (BTES) 系统提供了一种有吸引力的解决方案,其正确的尺寸对于其技术经济成功至关重要。大多数 BTES 设计研究要么采用详细的建模和仿真技术,这些技术不适合数值优化,要么使用明显简化的模型,不考虑操作变量的影响。本文提出了一种 BTES 建模方法和混合整数双线性规划公式,可以考虑季节性 BTES 温度波动对其容量、热损失、最大传热速率以及连接的热泵或冷却器的效率的影响。这使我们能够准确评估其在不同温度和不同操作模式(例如 BTES 直接排放或通过热泵)下运行的不同区域供热和制冷网络中的集成性能。考虑一个在电力的二氧化碳强度随季节变化的情况下使用空气源热泵的案例研究,研究了集成 BTES 和太阳能集热器的能源系统的最佳设计和运行。优化旨在最大限度地降低能源系统的年度成本和二氧化碳排放量,该优化适用于两种供热网络温度和五种代表性碳价。结果表明,最佳 BTES 设计在尺寸和运行条件方面都发生了变化,与基于标准空气源热泵的系统相比,排放量最多可减少 43%。
乳制品行业是食品行业中增长最快的行业之一,其加工过程对热能的需求很大,温度要求最高为 200 ℃。在这些加工过程中使用太阳能将减少对化石燃料的依赖、温室气体排放、环境污染,并有助于实现排放目标。因此,本研究调查了乳制品公司的热能需求,并提供了太阳能热能系统与其加工过程之间的两种集成概念的示意图,即通过公共能源供应线和各个加工过程的入口。本研究涉及一个案例研究,该案例研究使用天然气锅炉、电力冷却器、冰库和冰箱来满足巴氏灭菌、发酵和冷藏牛奶罐等加工过程的加热和冷却能源需求。乳制品加工过程在满负荷运行时的总能耗为 1315 kWh,其中 1195 kWh 理论上可以由太阳能热能替代。加工过程的温度要求为冷却时 0 ℃ 至 4 ℃,加热时 170 ℃。这些热能需求可以通过使用槽式或线性菲涅尔太阳能集热器以及热能储存来满足。在供应层和工艺层开发的太阳能热能集成概念使用蒸汽鼓和吸收式制冷机将太阳能传输到工艺中。供应层集成具有更多优势,因为它比传统和太阳能系统更容易控制。
摘要 随着气候危机的加剧,制冷系统引起了越来越多的研究关注。太阳能制冷是最成熟的可行解决方案之一,因为必要的冷却能量是通过利用可用的太阳辐射产生的。吸收式制冷机利用太阳热能产生冷却能量,由驱动热源(如太阳能)提供冷却能量以产生冷却功率。现有文献主要介绍小型系统(小于 50 kW c )的案例研究和模拟。所介绍的案例研究调查了单效 316 kW c 吸收式制冷机在不同可再生能源驱动热源场景(太阳能驱动、生物质驱动和混合方法)下的性能。结果表明,与生物质或太阳能作为唯一热源的场景相比,联合热发电(太阳能场和生物质锅炉串联)的性能明显更优。此外,吸收式制冷机的经济指标似乎比同容量的离心式电制冷机更具吸引力,因为投资回收期显著缩短。净现值 (NPV – 与离心式电制冷机相比,吸收式制冷机高出 75% 以上) 和投资回报率 (ROI) 值在吸收式制冷机方案中有所增加 (18.03% 对比离心式电制冷机的 15.24%)。本文描述的系统在东马其顿和希腊色雷斯运行,是最大的自给自足能源社区之一的一部分。所提出的案例研究是首次尝试对在当地能源社区运行的大型 (超过 250 kW c ) 冷却系统进行性能评估。
