能源供应和使用占全球温室气体排放总量的 80% 以上。供暖和制冷占能源消耗的最大份额,约占全球总量的一半。如今,供暖和制冷行业使用的大部分能源由化石燃料提供,导致严重的排放和污染。这使得该行业在脱碳之旅和能源转型议程中至关重要。此外,减少供暖和制冷行业的污染将有利于社会的健康和福祉。在这方面,可再生能源为供暖和制冷行业使用化石燃料提供了一种替代方案,是能源转型的关键推动因素。根据 IRENA 的《世界能源转型展望》,通过使用可再生能源结合能源效率和节约等选项,可以减少 90% 以上的温室气体排放(IRENA,2021b)。
摘要:相变材料 (PCM) 已成为潜热热能存储 (LHTES) 系统的有前途的解决方案,为在各种工程应用中存储来自可再生能源的能源提供了巨大的潜力。本研究重点是通过将 LHTES 与不同的 PCM 罐配置集成来优化太阳能冷却系统。研究选择了 TRNSYS 仿真软件,并使用从实验室系统原型收集的实验数据进行系统验证。结果表明,使用 PCM 可显著降低 6.2% 的辅助能耗。此外,与不使用 PCM 相比,使用 PCM 时,从储罐到辅助流体加热器的热载体温度流超过 90 ◦ C 的时间延长了 27.8%。在多变的天气条件下,在 LHTES 中使用 PCM 更有效。在观察到天气条件变化的那一天,大约 98% 的冷却负荷是由产生的太阳能提供的。研究结果可用于优化太阳能冷却系统,这将有助于减少使用不可再生燃料的冷却系统对环境的影响。
钻孔热能存储系统的优化设计可以确保满足其技术经济目标。当前的设计优化方法要么采用不适合数值优化的详细建模,要么使用不考虑操作条件的简化模型。本文提出了一种面向优化的模型和非凸优化公式,与文献中的其他研究不同,它可以考虑季节性存储大小和温度对其容量、损耗、传热速率以及连接热泵或冷却器的效率的影响。该方法应用于一个案例研究,考虑了两种情况:仅存储冷却产生的热量和集成太阳能热发电。结果表明,随着电力二氧化碳强度分布、冷却需求和碳排放价格等边界条件的变化,不仅最佳季节性存储规模会发生变化,其最佳运行条件也会发生变化。在标准边界条件下,二氧化碳排放量的潜在减少量有限(最多 6.7%),但冷却需求的增加和二氧化碳强度季节性变化的增强导致排放量减少 27.1%。太阳能发电的整合率进一步提高到43.7%,而年成本则略有增加,仅为6.1%。
* 本稿件由 UT-Battelle, LLC 撰写,根据与美国能源部 (DOE) 签订的合同 DE-AC05-00OR22725。美国政府保留,出版商在接受发表本文时,承认美国政府保留非独占、已付费、不可撤销的全球许可,可以出于美国政府目的出版或复制本稿件的已出版形式,或允许他人这样做。DOE 将根据 DOE 公共访问计划 ( http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan ) 向公众提供这些联邦资助研究的结果。