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太阳能分布式光伏蓄能空调系统冷热电匹配特性探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:62522
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  • 日期:2024-07-22
  • 来源:上海论文网

农学论文哪里有?论文针对光伏稳定驱动空气源热泵、制冷蓄冷/制热蓄热与空调用能的协同运行机制、真实环境与系统能效之间的匹配关系、系统季节性与全年利用效率平衡关系等科学问题展开深入研究,最后给出了太阳能分布式光伏蓄能空调系统的冷热电匹配关系。

第1章 绪论

1.2 国内外研究现状

1.2.1 蓄能空调研究现状

制冷系统和供暖系统集中使用的时段一般比较集中,空调设备间歇性运行是导致电网负荷峰谷差大的主要原因,我国部分城市和地区在夏季和冬季用电的峰谷差已达到40%[30],这将导致城市电力负荷在某些时段出现负荷激增,采取增加电力设备装机应对的方式又会出现峰谷电力负荷差增大,负荷出现低谷时存在电力用不了也存不了的情况而浪费。电力负荷差造成的不利影响包括电网安全、运行的合理性及经济成本,靠电网调度已经难以解决昼夜电力需求变化[31]。由于大规模电能蓄存困难,电力需求侧管理技术成为解决这一问题的重要手段之一,对于需要将电力转化为其他能源使用过程则要考虑转化能源的储存[2]。

能源蓄存是缓解能量供求双方不匹配的有效方式,这种不匹配体现在时间上、空间上和强度上。太阳能电力只能在白天获得,具有明显的间歇性,太阳能光伏发电的强度受到当时当地日照强度的影响,而能源的使用在空间上是分散的,时间和强度上是随机的[2]。光伏发电端和负荷端的空间差异可通过能源输配网络达到空间上的一致性,而太阳能在时间和强度上的差异则需要通过能源蓄存的方式解决[2]。对于空调系统需要考虑冷、热能量的储存[32],昼夜蓄能调荷采用冷能/热能在生产时间和使用时间上错开的方式调节电力负荷,即在冷、热负荷用户侧转移用电时段[33]。中小型空调制冷系统结合蓄冷技术的使用有助于实现电力移峰填谷,降低制冷机组装机容量的同时提高机组运行效率,还能降低空调能耗,减少用户电费支出[2]。

第3章 分布式光伏直驱蓄能空调运行特性实验研究

3.1 真实天气多变工况下光电直驱动态特性实验研究

在利用太阳能供电运行的系统中,太阳辐射的间歇性和不连续性是必须首要考虑的问题,本节围绕光伏直驱空调系统的直驱特性开展实验研究,验证光伏系统直驱空调的可行性。以往分布式光伏供能的空调多采用蓄电池来解决空调所需能量的连续性和稳定性问题,DC-DC变换器以蓄电池为负载进行光伏最大功率点跟踪,再通过DC-AC逆变变换驱动交流压缩机。本研究提出的分布式光伏直驱蓄能空调完全摒弃蓄电池,以变功率运行的交流压缩机作为负载,通过自适应变频控制,跟踪光伏阵列最大功率,保证在不同天气太阳辐射条件下光伏阵列都能驱动空调系统运行。与分布式光伏直接驱动直流负载不同,光伏输出的直流功率需要经过逆变器逆变为交流,再驱动交流变频压缩机,同时变频压缩机的运行会受到制冷制热负荷端反馈控制的影响。因此,有必要对光伏蓄能空调太阳能光电直驱的动态特性及稳态特性开展实验研究,以获得系统能稳定运行的关联输入参数。

分布式光伏直驱变频压缩机实验在10月某晴间多云天气下进行,实验运行时段为8:40-17:20,实验期间瞬时辐照度和环境温度变化如图3.1所示。实际天气情况为上午少云,中午晴朗,下午多云,最低太阳辐照度为111 W/m2,最高辐照度达到1019 W/m2,实验期间的累计太阳辐照量21.095 MJ,平均环境温度为22.7 ℃。

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第5章 光伏蓄能空调系统仿真模型验证及动态特性分析

5.1 系统仿真模型验证及分析

分别选择系统性能转化过程中几个关键部件及最终获得的冷热能量与应用性能对建立的系统模型仿真结果进行实验验证,如:热泵压缩机在市电稳定运行下的性能特性、光伏阵列发电输出特性和房间供能用能过程中以时间轴为动态变化的多个温度参数进行模拟值与实测值的对比,以验证所建立模型的准确性。

5.1.1 热泵压缩机制冷工况运行性能验证

在光伏变频压缩机系统运行过程中,对系统影响较大的是蒸发器的过冷度与压缩机运行状态,冷凝器温度对系统效率也有影响。对于昆明地区而言,环境温度波动影响较小,而蒸发器往往因为需要制冷蓄冰而处于过冷状态,对此分别进行了市电下压缩机变频运行测试和制冰测试。实验在昆明地区4月份进行,当天环境平均温度19.6 ℃。市电变频运行测试和制冰测试是为了测试压缩机运行频率和蒸发温度对制冷机组能效比的影响关系。市电变频运行测试开始于10:00~16:00,频率分别设置为60 Hz,50 Hz,40 Hz,30 Hz,20 Hz;实验时间间隔均为1小时,测试期间环境温度变化范围为17.7 ℃~24.2 ℃,变频运行完成后用热水搅拌中和冷水至起始同一温度,再开始下一轮变频运行测试。

5.2 制冷季及采暖季典型天气下系统连续运行特性分析

基于上述验证的模型,本节分别对空调房间在制冷季和采暖季具有代表性的典型天气工况下连续运行的特性进行分析,以获得系统在制冷和制热连续运行工况下的输出性能。

5.2.1 制冷季典型连续运行工况下系统性能分析

选择典型气象年中的7月2日-8日作为光伏并网蓄能空调系统在制冷季连续运行的一个周期,其原因是在制冷季6月1日至8月31日期间,倾斜面太阳辐照量的平均值为3.84 kW·h/m2/day,即以7月5日为全年制冷季太阳辐射的中值作为参考,其辐照量为3.89 kW·h/m2/day,见图5.8。此外,以7月5日为基点,前后连续7日内,有代表性的7月2日最大日辐照量7.23 kW·h/m2/day,而7月3日最小日辐照量0.7 kW·h/m2/day,其余几天的日辐照量也各有不同,这样选择的连续运行周期具有一定的代表性,能得到光伏并网蓄能空调系统在制冷季连续运行7天的性能。制冷季空调设计目标温度为20 ℃,制冷房间面积为43.89 m2。

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第7章  结论与展望

7.2 本文的创新点

(1)以空调蓄冷蓄热模式为载体,通过对太阳能量光电转换、电冷/电热转化与存储、空调用冷用热之间的协同控制策略与匹配优化,有效平移太阳能间歇性与波动性,提高太阳能利用效率。

(2)提出了一种基于分布式光伏驱动的“冷热同源”蓄能空调热泵系统,有效提高光伏蓄能空调系统全年利用效率。

(3)获得具有普遍适用性的分布式光伏蓄能空调系统仿真模型,可利用该模型对系统在不同典型建筑气候区的适用性进行评价分析,获得具有适用性的通用设计方法。

参考文献(略)

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