2023年 第45卷 第12期    刊出日期：2023-12-25

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智慧与清洁供热

电力潮流和㶲流联合驱动的热电联产综合能源系统优化运行方法

葛磊蛟, 李京京, 李鹏, 苏航

2023, 45(12):  1-9.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.001

摘要 ( 79 )   HTML ( 13 )   PDF (1117KB) ( 159 )  

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为实现电力系统和热力系统的联合优化，提高能源的利用效率和经济效益，提出电力潮流和㶲流联合驱动的热电联产综合能源系统（CHP-IES）优化运行方法。利用极坐标形式下的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，经迭代后得到电力网络各节点电气量及功率、热力网络各节点温度及流量等重要参数；探究电力网络、热力网络、热电联产机组等耦合元件的㶲流计算机理，以4节点电-6节点热构成的CHP-IES为对象，分析㶲流分布和各个环节的㶲损情况，实现电力系统和热力系统的联合优化。算例证明系统满足局部和整体㶲平衡关系，其中热力系统㶲效率为97%左右。

光伏发电辅助空气源热泵供暖系统研究

张思亮, 祁麟童, 曲浩维, 臧德华, 周文汉, 王立地

2023, 45(12):  10-19.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.002

摘要 ( 81 )   HTML ( 6 )   PDF (1748KB) ( 219 )  

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为实现“双碳”目标，国家出台了“煤改电”等政策，针对北方冬季单独使用空气源热泵供暖运行成本高的问题，提出了使用光伏发电系统对热泵进行供电补充的光伏发电辅助空气源热泵供暖系统，基于沈阳市某学校实验室，借助Matlab以及TRNSYS平台构建了系统仿真模型。确定系统运行控制策略后，在最大功率点跟踪控制模式下，对比了不同辐照度下光伏系统输出功率、直流母线电压以及蓄电池充放电过程中的电压电流等参数的变化，分析了整个供暖季的室内外温度、热泵耗电量等参数并对系统的经济性及环境效益进行了计算。分析结果表明：光伏-热泵系统供暖季累计制热量为4 627.66 kW·h，满足热负荷需求且最冷日房间平均温度也能维持在19.12 ℃；光伏-空气源热泵系统费用年值仅为单一热泵系统的56.68%；相比于传统燃煤锅炉，该系统每年可降低CO₂排放974.24 kg，降低SO₂排放量7.89 kg，经济及环保效益显著。

商住园区综合能源供暖（冷）系统的方案设计及运行经济性研究

刘媛媛, 刘芳芳, 贾天翔, 韩昭, 商永强, 姜曙

2023, 45(12):  20-28.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.003

摘要 ( 66 )   HTML ( 7 )   PDF (1168KB) ( 188 )  

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“双碳”目标下，通过可再生能源和综合能源系统实现清洁供暖（冷）是拓展现有供热能力、解决供暖（冷）民生需求、实现建筑节能减排的重要途径。以我国北方某商住园区综合能源供暖（冷）项目为研究对象，依次开展项目负荷分析、区域资源分析和冷热源优化分析，提出2种“集中热网+可再生能源”综合能源供暖（冷）方案。通过装机方案和运行经济性对比分析，结果表明：相比于方案2，方案1减少了空气源热泵，增加了蓄能系统并以电锅炉作为极寒期的调峰热源，供暖季运行电费和购热费合计减少18.6%，制冷机组装机减少30.8%，供冷季运行电费减少35.4%，年运行成本降低20.8%。研究成果将为同类型综合能源项目的方案设计和运行策略优化提供借鉴。

基于模型预测的地热-燃气互补供暖系统智慧调度控制

钟崴, 薄其明, 蔡晨钰, 路诗梦, 李曼洁

2023, 45(12):  29-35.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.004

摘要 ( 62 )   HTML ( 4 )   PDF (2784KB) ( 120 )  

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近年来，地热供暖逐步开始应用于大规模北方城镇集中供暖。由于地热供暖具有不确定性和波动性，协调优化地热能热源与化石能源主热源二者间的出力关系是保证系统安全可靠、高效低碳运行的关键。针对雄安新区地热-燃气互补复杂供暖系统的现状，提出了基于模型预测的供暖系统调度控制方法，利用多层感知器对热用户负荷进行预测，建立地热能供暖能力预测模型，对系统供暖期不同阶段的运行提出地热-燃气互补调控策略。系统试运行表明，该调度控制方法在用户热负荷波动幅度为15%时仍能有效保障复杂供暖系统稳定运行，实现地热能与燃气锅炉互补高效供暖，提高了供暖系统的灵活性和经济性。

基于XGBoost的供热系统热力站调控预测方法

雍和忠, 章宁, 黄伟, 魏峥, 吴燕玲, 钟崴

2023, 45(12):  36-42.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.005

摘要 ( 45 )   HTML ( 5 )   PDF (1219KB) ( 98 )  

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热力站精准预测调控为降低供热系统供热能耗、提升用户热舒适性和降低污染物排放提供关键数据支撑。为了充分利用热力站历史运行状态、阀门未来设定开度、天气特征等关键数据对热力站二次供、回水温度进行精准调控，提出了一种基于极限梯度提升（XGBoost）的供热系统热力站调控预测方法。对上述数据进行预处理、特征构造、模型训练和预测生成热力站温度响应预测模型，结合二次网温度延迟时间进而确定阀门调控策略。提出的方法在24 h的预测温度和实际温度对比中，最大预测误差为0.47 ℃，验证了热力站温度响应模型的准确度和可靠性，可用于指导热力站的温度调控。

优化运行与控制

白银地区光伏光热一体化系统性能仿真与分析

纪明达, 勾昱君, 钟晓晖

2023, 45(12):  43-52.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.006

摘要 ( 59 )   HTML ( 3 )   PDF (1665KB) ( 143 )  

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间接膨胀式太阳能热泵系统是一种新颖的综合利用太阳能资源的高效途径。为探究冬季条件下多系统运行方式对间接膨胀式光伏光热（PV/T）一体化热泵供暖系统运行性能的影响，基于能量平衡原理在Matlab/Simulink平台上建立了系统的仿真模型。根据白银地区的环境数据，分析了冬季供暖状况下，综合供暖系统不同运行方式下的运行状况。结果表明，相同供热功率下太阳能热泵的供暖情况优于空气源热泵的供暖情况，而且时间控制运行模式较温度控制运行模式有较好表现。时间控制运行模式中，以太阳辐射为控制标准的、利于太阳能热泵运行的运行模式有优秀的供暖效果和能源利用率。

耦合热泵的压缩超临界二氧化碳储能系统及其热力学分析

乔龙, 谢立钢, 熊晨, 宋南欣, 蒲文灏

2023, 45(12):  53-62.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.007

摘要 ( 70 )   HTML ( 2 )   PDF (4970KB) ( 127 )  

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为解决压缩二氧化碳储能系统中低品位压缩热难回收问题，在无需外加热源的基础上，提出一种新型耦合热泵的超临界二氧化碳储能系统，并建立稳态分析模型。考虑热容量匹配以及间冷器和回热器传热温差的影响，研究系统蓄热水流量和压缩机入口超临界二氧化碳温度、间冷器和回热器换热温差以及热泵蒸发温度和冷凝温度对系统性能的影响规律；同时为进一步研究间冷器和回热器换热温差的影响权重，在换热温差总和固定的情况下，以间冷器为首要目标，依据间冷器热端温差逐渐增加且考虑热端和冷端换热温差变化一致的原则，将换热温差占比分为4种模式。研究结果表明：在二氧化碳质量流量为50 kg/s保持不变的条件下，考虑到系统往返效率在78.2%~79.6%的情况，最佳水质量流量范围为19.5~23.5 kg/s；同时，在间冷器热端和冷端温差一致且回热器冷端温差占比较小的模式3的换热温差分配权重下系统往返效率达到最高79.62%，且往返效率随压力变化的变化幅度仅为2.1%；在模式3下，系统达到最优效率79.62%时，性能系数为5.9。

油田区域地热+多能互补能源系统技术应用分析

孙冠宇, 王永真, 颜艺灿, 王宇飞, 张平, 张兰兰

2023, 45(12):  63-70.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.008

摘要 ( 71 )   HTML ( 7 )   PDF (2455KB) ( 117 )  

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地热能作为一种可再生清洁能源，在实现绿色可持续供热方面具有广泛的应用前景。基于冀东油田采油区热电需求，构建地热+多能互补能源系统供能模式，并采用TRNSYS软件搭建了动态模型，对典型日和全年运行工况进行模拟分析。结果表明，非采暖季和采暖季典型日内光伏组件累计发电量分别为1 726.0和1 301.0 kW·h，电网累计下网电量分别为4 636.6和5 355.9 kW·h，全年光伏组件累计发电量和电网下电量分别为475.8和1 856.7 MW·h。系统增加水源热泵后，全年余热水热量利用率提高47.7%。地热水温度提高和源测流量增加可在一定程度上提升热泵性能系数，而单独增加荷侧流量后，性能系数不变，热泵出口水温降低。另外，通过采用光伏发电系统，全年可以减少二氧化碳排放达271.3 t，且从热电供应角度来看，系统清洁能源占比达92.3%，表明该系统具有优良的环保效益。

风光互补电醇联产系统的容量优化配置

杨正军, 梁士兴, 徐钢, 刘文毅, 王颖, 崔建卫

2023, 45(12):  71-78.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.009

摘要 ( 49 )   HTML ( 5 )   PDF (1373KB) ( 95 )  

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为推进清洁能源多领域应用，从而实现“双碳”目标，提出了一种风光互补电醇联产系统。以新型电醇联产系统的年收益最大为目标函数，建立风光容量配比优化模型。选取内蒙古某地风-光-氢能生产基地的真实历史数据，对该系统进行仿真，并展开能量分析、经济性分析。新型风光互补电醇联产系统经过合理的风光容量优化配置和协同优化后，可以利用氢能的储能优势，保证甲醇合成设备在40%最低负荷率以上持续稳定生产。仿真结果表明，当光伏容量为25.4 MW、风电容量为74.6 MW时，新型电醇联产系统的弃电率降为2.9%，大幅提升了对新能源电力的消纳能力。此时，系统的全年净收益为1 773万元，相比只有风电运行时的净收益提升了6.6%。该研究为风光氢醇多能互补提供了一条可行的技术路线，同时收获了良好的经济效益与环境效益。

太阳能与燃气-蒸汽联合循环互补性能分析

耿直, 陈柯宇, 刘媛媛, 张斌, 王剑利, 石天庆, 李芳, 顾煜炯

2023, 45(12):  79-86.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.12.010

摘要 ( 70 )   HTML ( 3 )   PDF (1319KB) ( 130 )  

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在世界能源储量短缺的背景下，如何提高现有能源可利用率已成为研究热点。太阳能作为一种清洁能源，为发展燃气-蒸汽联合循环（GTCC）系统提供了新的研究方向。将太阳能与燃气发电装置耦合在顶循环（布雷顿循环）的发电系统实现了新能源与传统燃机的多能互补综合利用。结合热力学第一定律理，搭建了整体热力学模型，利用Ebsilon模拟软件对太阳能互补联合循环（ISCC）系统和传统GTCC系统的运行性能参数进行了对比分析，并研究了不同法向直接辐照度（DNI）和大气环境温度对ISCC系统变工况下运行特性及整体节能的影响。研究表明，当天然气输入量为10 kg/s时，GTCC系统循环热效率为39.8%，ISCC系统循环热效率为44.1%；在控制系统总输出电功率不变的条件下，ISCC系统能比GTCC系统节省2.638 kg/s的天然气输入量。太阳能与传统GTCC的有机耦合使系统循环热效率和综合输出电功率大幅提高，并在经济性方面显现出较大优势。