基于混合动力燃气热泵的独立供能系统

为了克服微型分布式供能系统空调负荷的不足和内燃机在低负荷工况下运行时效率低的缺陷,提出一种基于混合动力燃气热泵的独立供能系统.在分析冷热电(模式A)、热电(模式B)以及冷热(模式C)3种不同工作模式运行过程的基础上,分别建立了其动力系统的能量传送数学模型.模拟结果表明:动力系统在燃气机输出负荷率为70%~80%之间时,热效率较高;在3种不同的工作模式中,模式C的动力系统的热效率最高,最大值到达0.4以上,模式A的动力系统热效率次之,模式B的动力系统热效率最低;本系统在热泵空调模式(模式C)下运行时,比常规的单一燃气发动机驱动的热泵空调系统节能,动力系统的热效率总体提高约3.5%.     

燃气机热泵变容量调节过热度控制

过热度控制是燃气机热泵系统高效、安全、稳定运行的基础．针对燃气机热泵启动、正常运行工况下的过热度控制策略及燃气机变转速对过热度控制效果的影响进行了研究,提出一种新的基于启动阶段采用前馈．模糊自适应PID和正常运行阶段采用模糊自适应PID实现燃气机热泵过热度控制的控制策略,并将其应用到燃气机热泵实验系统中．实验结果表明：燃气机热泵系统启动阶段过热度最大超调量小于5℃,调整时间为300s左右;正常运行阶段,燃气燃气机转速大范围改变时,模糊自适应PID控制效果优于增益调度控制,高转速时过热度的控制效果明显优于低转速;模糊自适应PID应用于燃气机热泵系统可有效克服系统干扰,提高控制质量．     

含水层储能地下温度场模拟

采用Kipp K L推出的地下水流动和热运移方程,对热泵耦合含水层储能系统连续运行3年的储能井温及地下温度场进行了模拟计算．根据地下温度场的分布,对该系统的储能效果进行了分析研究．结果表明,该系统能够在供热和供冷的同时分别向地下储存冷量和热量,起到反季节储能的作用,提高热泵效率;但由于系统的冷、热负荷不均匀,造成了储能井周围区域温度的逐年降低,这对地下生态是不利的．因此,在设计热泵耦合含水层储能系统时,应保证系统的冷热负荷均衡,这样才能既提高热泵的效率又避免对地下生态平衡的破坏．     

燃气机热泵控制系统实验研究

应用先进流量控制策略研制了燃气机热泵PLC控制系统,采用增量式PID和模糊控制方法进行实验分析.结果表明,在正常运行阶段,增量式PID控制方法能够满足实验要求,但在大范围变工况情况下,适用性不强;而模糊控制则能较好地适应燃气机热泵系统的变容量调节,易于实现系统的优化运行.     

燃气驱动冷热水机组变转速运行实验研究

研制了一种燃气热泵冷热水机组,介绍其实验系统流程及主要装置设备,建立了系统的性能系数和一次能源利用率的数学模型,探讨了燃气热泵变负荷运行特性,重点分析了发动机转速对系统余热回收量、燃气的消耗量、制冷剂流量等的影响.实验结果表明:在20%～100%负荷范围内,实验系统具有良好的变工况运行特性;在系统制热模式、循环水量不变和进口水温恒定等条件下,随着发动机的转速增大,制冷剂流量、燃气消耗量、系统回收热量和系统制热能力增大,而系统的性能系数和一次能源利用率却减小.发动机转速在2000～2500r/min时,系统的部分负荷性能最佳.     

不结霜燃气机热泵的建模与性能分析

不结霜燃气机热泵将发动机废热收集起来,一部分引入空调房间直接供暖,一部分引向室外蒸发器参与换热。建立了不结霜燃气机热泵的数学模型,通过系统模型的求解分析了不结霜燃气机热泵的性能结果表明：不结霜热泵的性能受室外温度湿度的影响明显小于常规热泵,能量利用率高,性能系数最大可达到5.00,系统的最高一次能源利用率为1.97;废热热水不但能够直接向房间辅助供暖,还能提高系统的蒸发温度,防止系统的蒸发器结霜,提高系统的性能系数和一次能源利用率;不结霜燃气机热泵系统具有较高的能源利用效率和较好的节能环保效果。     

光伏与燃气机热泵联合供能方案的研究

为了节能减排,同时保证系统的经济可行性,提出了一种光伏和燃气机热泵联合供能的办公建筑供能方案,对系统工作原理和季节性能进行了分析.以传统分供系统为参照对象,提出了技术、环境和经济3方面的评价指标;以某一典型办公建筑在4个不同地区的全年冷热电需求为基础,设计了传统分供系统和光伏与燃气机热泵联合供能系统,从技术、环境和经济角度,分析和比较了两者的性能.结果表明:与传统供能系统相比,新系统在4个典型地区的平均一次能源节约率达到34.6%,,在4个地区的CO_2、SO_2、R11和PM2.5的平均当量减排率分别为39.4%,、50.4%,、50.4%,和50.9%,,相对投资回报年限大约为4~5年.     

余热直接利用型燃气机热泵变转速特性实验研究

针对带有直接利用余热装置的燃气机热泵系统发动机的变转速特性,在搭建的余热直接利用型燃气机热泵系统实验台上,对发动机转速为1 400～2 000 r/min的燃气机热泵系统的特性进行了实验研究.结果表明:随转速的增加,一次能源利用率(PER)呈现先平缓增加后快速下降的趋势,当转速在1 400～1 800 r/min的范围内时,PER值维持在1.34以上,变动幅度仅为2.3％,说明在此转速范围内且满足负荷的情况下,系统运转更为高效;在实验参数范围内,系统平均余热利用率达到83.5％,余热在制热量中的份额随转速的提高持续增加;低转速下余热份额减少,但此时较高的制热性能系数(COP)会补偿这一缺失,使得系统在1 400 r/min附近的PER最高.该结果可为研究发动机余热的有效回收、利用以提高能源利用效率提供参考.     

基于不同动态负荷的太阳能辅助地源热泵系统供暖特性研究

建立了太阳能辅助地源热泵系统(SAGSHPS)动态仿真模型,基于间歇负荷1(8:00-20:00末端开启)、间歇负荷2(18:00-次日7:00末端开启)和连续负荷(末端全天24h开启)条件,对大连地区SAGSHPS在整个供暖期内的运行过程分别进行逐时动态仿真,分析了3种典型动态负荷下SAGSHPS的运行特性.结果表明:冬季最冷日内不同负荷下,系统供暖运行方式不同.间歇负荷1下系统以地源热泵(GSHP)和太阳能热泵(SHP)交替供暖;间歇负荷2下系统以地源热泵供暖为主,只在入夜初期辅以太阳能热泵供暖;连续负荷下系统白天以太阳能热泵供暖,夜间以地源热泵供暖.整个供暖期内,蒸发器入口温度对热泵机组性能系数的影响高于对系统性能系数的影响;对于太阳能、地热能和电能对热负荷的贡献比例而言,蒸发器入口温度越高,太阳能对热负荷的贡献比例越大,地热能的贡献比例越小,而电能的贡献比例变化不明显.     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在我国致力于实现碳达峰、碳中和的要求下,氢能因具有零碳排高热值的特点,氢能产业发展成为我国未来发展的重要目标。针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出了一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的氢储能园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗与能量回收利用以及氢储能单元电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢储能的氢储能模型;进一步考虑设备投资成本、运行成本、碳排放价格以及制氢效益,以年化投资成本最小与年运行收益最大为目标建立目标函数,利用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解,提出了以天然气制氢储能的园区综合能源系统氢储能优化配置模型。最后以新疆某园区为实际算例分析了园区配置氢储能后电源、电负荷、热负荷特性,运行经济效益以及天然气价格与碳排放价格对配置的影响,验证了通过配置天然气制氢的氢储能提升园区综合能源系统制氢量与运行收益的可行性,并指出了适用场景。     

太阳能燃气热泵供暖系统余热回收性能研究

目的研究太阳能燃气热泵供暖系统中余热回收,分析发动机和缸套冷却器以及排烟余热回收器的匹配性.方法以沈阳某小区一单体住宅建筑为研究对象,通过基准建筑的负荷对太阳能燃气热泵供暖系统的各部件进行选型设计,并建立燃气发动机、缸套冷却器及排烟余热回收器等主要部件的模型.结果发动机转速每增加100 r/min时,相应的冷却水流量增加0.285~1.21 g/s,供暖循环水温度提高2~5℃,温度提高后为47~50℃;以额定功率为基础,排烟废热回收率为0.7时,可获得最大的能源利用;保证额定功率不变时,需控制排烟换热器的阻力小于190.27 k Pa;发动机转速每增加100 r/min,余热回收器的面积需增加0.173 m2.结论合理地回收燃气机的余热,既能回收可观的热量,又能保证发动机的高效率,而且也提高了能源利用效率.     

含蓄电池的孤立微电网系统运行优化研究

针对微电网系统在孤立运行方式下的优化问题,提出了一种含蓄电池的微电网多目标运行优化方法.求解方法分为2步:储能单元运行方式的确定及可控型微电源的优化调度.微电网储能单元的运行方式根据当前调度时刻的负荷需求、可再生能源发电期望、储能单元的荷电状态等因素,采用功率差控制策略对储能单元进行管理.可控型微电源的出力分配,在考虑系统功率平衡、微电源出力限值和爬坡约束等条件下,以经济成本和环境成本为目标,利用改进的遗传算法进行求解.该方法不仅发挥了蓄电池削峰填谷的作用,提高了储能单元的经济价值,而且实现了孤立微电网的经济、环保优化运行.以典型微电网系统的日优化调度为算例,验证了所提方法的可行性和有效性.     

基于最优扭矩控制策略的混合动力燃气热泵经济性分析

针对燃气热泵运行时发动机工况偏离标定区从而导致系统运行效率降低的问题,提出利用磷酸铁锂电池作为辅助动力源的混合动力燃气热泵系统。采用理论与实验相结合的方法建立了系统的数学模型,并以发动机最优扭矩为优化目标,分析3种工作模式下的扭矩分配和热效率变化,在此基础上,将电池荷电状态等效转换,以总燃气消耗量评价混合动力系统的经济性。研究结果表明:在不同运行模式下,发动机扭矩维持在28.3～31.3 N·m,热效率保持在25.0%以上;随着发动机转速从750 r/min增加到2 400 r/min,系统的燃气消耗量为2.93 kg,相比于普通的燃气热泵系统,燃气消耗量减少约31.9%。     

燃气机热泵热水器季节运行模式及其性能实验

针对燃气机热泵热水器在全年制取生活热水的同时可满足对建筑冬季供暖夏季供冷的需求,对系统不同季节运行模式下的性能进行了实验研究,并利用季节一次能源利用率(SPER)的评价方法对系统性能进行评价.结果表明:夏季供冷兼制生活热水模式下,系统SPER为2.16,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了46.9%;春/秋自然通风兼制生活热水模式下,转速为1,000,r/min时系统SPER最高为1.99;冬季供暖兼制生活热水模式下,系统SPER为1.82,比单纯制取生活热水模式季节性能提高了15.9%.     

寒冷地区采暖季某办公楼水源热泵系统运行能效综合分析

目的研究寒冷地区水源热泵系统的实际应用效果,分析影响系统运行能效的主要参数及参数影响因素.方法测量了寒冷地区采暖季某办公楼水源热泵系统运行的介质温度、流量和耗电量等基础参数,并通过计算获取了供、取热量和能效比等间接参数.分析了热泵系统的实际运行情况,确定了影响系统能效比的主要参数.通过相关性分析识别出主要参数的核心影响因素.结果水源热泵系统能效比(EER)平均在1.8左右;机组能效比(COP)平均在3.6左右.系统部分运行阶段取热能力不足;水泵能耗偏高,耗电输热比偏大.热泵机组COP与水泵耗电输热比是影响系统能效的主要参数.主机负荷率与用户侧温差是主要参数的核心影响因素.结论办公楼水源热泵系统运行稳定,提高机组COP与降低水泵耗电输热比是提升系统能效的关键.     

基于MPC的多源孤岛微电网协调控制

含有多种分布式电源(DG)的微电网在孤岛运行时,DG出力的随机性以及负荷的波动性对系统的安全稳定运行带来了巨大挑战。针对含有柴油发电机、光伏发电单元和储能单元的孤岛微电网,提出了各分布式电源的协调控制策略,光伏发电单元采用最大功率跟踪控制以最大限度利用太阳能,储能单元与柴油发电机协调控制以提高系统运行的稳定性。采用模型预测控制策略(MPC)实现并网逆变器的内环电流控制,避免了繁琐的PI参数整定以及PWM调制器的使用,提高了控制器的动静态性能。仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

基于燃气机驱动的太阳能热泵供热仿真性能研究

目的为缓解能源危机,利用可再生能源太阳能和天然气供热,减轻环境污染和电网的压力,提出一种基于燃气机驱动的太阳能热泵的新型的供热系统,并研究其供热性能.方法利用TRNSYS及Simulink模拟仿真,分析不同参数的变化对系统供热性能影响的变化趋势和规律.结果模拟得到系统的制热能效比可达到4.76,一次能源利用率可达到1.96,当燃气压缩机转数取1 600~2 000 r/min时,系统供热性能和舒适性最好.结论基于燃气机驱动的太阳能热泵和已有的传统电驱动的太阳能热泵系统、空气源燃气热泵系统相比,在系统供热稳定性、节能及经济性方面具有明显优势.     

辅助冷却复合式地源热泵实验研究

对于采用地源热泵系统的以冷负荷为主的商业性建筑,因夏季冷负荷大于冬季热负荷,地下埋管年排热量大于年吸热量,若完全依靠地源热泵来供冷,则会造成埋管换热器换热能力下降和热泵机组的初投资比较高,热泵系统的循环效率也会降低。采用辅助冷却复合地源热泵系统,可有效降低系统投资,提高系统的运行节能效果。本文对复合地源热泵垂直理管换热器的换热能力进行研究以及周围土壤温度的变化进行分析。     

二级网燃气调峰集中供热系统优化设计

由于室外气温变化引起热负荷波动和集中供热热源的供热量频繁变化,导致热源热效率下降、能源浪费.在二级网设置燃气调峰锅炉的集中供热系统,通过延长主热源燃煤锅炉在额定工况下的运行时间,以提高锅炉的平均运行效率.为优化此类系统,以运行能耗费用经济为目标,建立了单变量有约束非线性规划数学模型.以实际供热系统为例,确定了计算最佳一级网设计负荷占系统设计热负荷的比例、燃气调峰锅炉的最佳启动温度及调峰运行时间的方法,为该类型供热系统的设计与运行提供了理论依据.     

地源热泵系统可持续运行地下水热量运移模拟

以成都平原某地下水源热泵系统工程为例,模拟该系统夏季运行期间特定水流和热源条件下地下水流-热量耦合运移过程,分析随各因素变化的地下水热量运移过程对热泵系统可持续运行的影响。基于描述地下水热量运移的对流-弥散数值模型,将热泵系统复杂的井群布设及运行方案简化为对井抽-灌的理想运行模式,选取夏季运行结束时回灌井地下水热量影响范围及抽水井出水温的变幅作为评价依据,定量评价冷负荷设计、抽-灌水井布设方案及系统工作运行模式等因素变化对地下水热量运移过程的影响,为其可持续运行提供理论参考。模拟结果表明,该地下水源热泵系统在夏季运行时抽-灌水井间将发生热贯通现象,其程度强弱受抽-灌循环水量变化的影响相对明显,宜采取大温差、小流量的运行模式.