基于NSGA-Ⅱ算法光热光伏耦合冷热电联供系统优化

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多能互补分布式供能系统是实现能源利用技术变革的重要途径之一,太阳能作为一种极具应用前景的可再生能源形式,在与分布式供能系统进行耦合时具有较强的灵活性。基于上述背景,本文提出一种太阳能光热光伏耦合冷热电三联供系统,围绕耦合系统的容量配置以及运行调节开展研究。主要研究内容及结论如下:(1)针对光热光伏耦合冷热电联供系统进行了结构设计,明确了系统内部能量流动关系,制定了系统运行策略,建立了以槽式集热单元为核心的耦合系统通用数学模型,从聚光性能和集热性能两方面对模型进行了验证,模型误差小于3%,满足准确性要求。(2)以传统冷热电分供系统为参照,构建了以费用年值节约率、一次能源节约率以及二氧化碳减排率为核心的多属性优化目标,以上海某办公楼为例,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对不同储能模式(储热、储热+储电)的耦合系统进行了多目标优化对比。结果表明,相较于传统分供系统,耦合系统具有良好的能源和环境效益,优化后的耦合系统一次能源节约率最高分别可达41.44%和46.12%;蓄电池单元的接入使耦合系统的能源和环境性能分别提升了4.68%以及5.46%。(3)基于经济、能源、环境以及供能可靠性构建了耦合系统综合性能评价指标,并以此为标准对多目标优化结果进行方案决策,选取合适方案从多个层次对系统运行状态及运行性能进行分析。结果表明,两种耦合系统均能很好地匹配末端用户的逐时负荷需求,蓄电池单元的接入使系统的供能损失概率下降了约2.5%;在夏季耦合系统具有较优的经济性能,费用年值节约率比冬季高出约10%,而在冬季耦合系统具有更优的能源和环境效益,一次能源节约率及二氧化碳减排率均在30%以上。(4)围绕环境、负荷以及能源等因素开展了耦合系统敏感性分析,对不同负荷特性以及不同能源价格的耦合系统进行了多目标优化对比。敏感性分析结果表明,电网电价波动对耦合系统的经济性能影响较大,电价平均每上涨5%,耦合系统的费用年值节约率分别提高1.59%(仅储热)、1.73%(储热+储电);在以电负荷和冷负荷为主导的末端用户中,耦合系统的整体性能较差,如商场建筑的优化结果中,耦合系统的能源和环境效益大多低于20%;在以冷/热负荷为主导的末端用户中,光热系统占优势,蓄电池单元的增设反而会降低系统的整体性能。
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