耦合地源热泵和PVT的三联供系统优化

作     者：郭一村 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：翟融融;李建龙

授予年度：2023年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：三联供 分布式供能 PV/T 地源热泵 系统优化 

摘      要：全球约40%的能源消耗用于满足建筑冷热电和生活热水的需求。随着碳峰值和碳中和目标的提出,推动能源清洁低碳安全高效利用,因地制宜地应用结合可再生能源的分布式联供系统成了中国未来发展的必然趋势。在众多可再生能源中,太阳能取之不尽用之不竭,目前备受关注的应用技术是光伏光热(PV/T)系统,这种系统不但通过降低光伏板的温度提高光伏发电效率,同时还能获得热量。地热资源也是稳定且丰富的可再生能源,地源热泵(GSHP)系统能够通过输入少量电能实现对更多冷热负荷的供应。本文提出一种耦合PV/T和地源热泵的冷热电联供系统,该系统充分利用太阳能和地热能这类可再生能源,减少了化石能源的使用,联供系统也对能源进行梯级利用,提高了系统的能源利用率。首先,选取北京市某办公建筑作为目标建筑,通过TRNSYS对其进行仿真建模后,输入北京地区典型年的气象参数,得到该建筑的全年冷热负荷数据。通过对比验证确定数据的可靠性,然后以数据为基础搭建基于内燃机的传统冷热电联供系统。其次,讨论耦合系统组件的数学模型和能量平衡,设计耦合系统的控制策略和运行模式,根据不同的评价指标对各运行模式进行分析比较,得到耦合系统在以热定电和以电定热的混合模式下运行时,系统的能效指标以及环境指标都为最优情况,混合模式是最适合该耦合系统的运行模式。最后,介绍并分析系统在冬季典型日和夏季典型日不同工况下的运行情况,接着对系统各组件的全年运行特性进行总结分析。对比分析耦合联供系统和传统联供系统分别在冬季工况和夏季工况下运行各自的评价指标,在冬季工况下,耦合联供系统相对传统联供系统的一次能源节约率为27.44%,CO2减排率为22.79%;在夏季工况下,耦合联供系统相对传统联供系统的一次能源节约率为24.56%,CO2减排率为16.79%,这说明耦合联供系统的节能性能和环保性能相对传统联供系统显著提高。