基于氨水工质的太阳能-地热能混合热源冷热电联供系统集成与调控机理研究

Developing and utilizing renewable energy in the region as heat sources and supplying multiple energy for users by means of combination supply of cooling, heating and power are the development direction of China's urban energy supply system in the future. At present, the combined cooling, heating and power (CCHP) system based on the comprehensive utilization of solar energy and geothermal energy has not yet formed a complete design system, and the research on system coordination control is not deep enough. This project aims to meet the needs of users with multiple energy varying with the seasons and use the solar energy and geothermal energy efficiently. This project will establish a solar-geothermal hybrid heat sources CCHP system based on ammonia-water working fluid, and adopt the combined research methods of theoretical analysis, simulation and experimental test, to conduct research on three aspects of the hybrid heat sources CCHP system, including 1) system's deep integration principle, 2) system energy transfer, conversion and loss characteristics, and 3) system adaptive coordination control strategy. The research would achieve flexible switch and coordinated control of various operation modes of the system, reveal the deep integration principle of the solar-geothermal hybrid heat sources CCHP system and clarify the coordination control strategy to ensure the safe and stable operation of the system under the conditions of switching operation modes. The work of this project will provide scientific basis for improving the theory of smart energy system construction based on the efficient use of renewable energy.

开发利用区域内可再生能源作为热源，通过冷热电联供方式为用户提供多种能量，是未来我国城市供能系统的发展方向。目前基于太阳能和地热能综合利用的冷热电联供系统尚未形成完整的设计体系，在系统协调控制方面的研究也不够深入。本项目以满足用户随季节变化的多品种能量需求和高效利用太阳能和地热能为目标，通过建立一种基于氨水工质的太阳能-地热能混合热源冷热电联供系统，采用理论分析、模拟仿真和实验测试相结合的研究手段，开展混合热源冷热电联供系统在1）系统深度一体化集成原理，2）系统能量传递、转化和损失特性，3）系统适应性协调控制策略三方面的研究，达到系统多种运行模式灵活切换和协调控制的目的，以揭示太阳能-地热能混合热源冷热电联供系统的深度一体化集成原理，阐明在运行模式切换条件下保证系统安全稳定运行的协调控制策略。本项目的研究工作将为完善基于可再生能源高效利用的智慧能源系统构建理论提供科学依据。

开发利用太阳能和地热能，替代化石燃料作为热源，以冷热电联供的方式进行能源供应，是城市新区能源系统的未来发展方向。另外，氨水作为多种发电、制冷、热泵系统的循环工质，为冷热电系统的高效集成提供了可能性。.本项目以基于氨水工质的太阳能-地热能混合热源冷热电联供系统为研究对象，对其内在的系统集成原理、能量转化特性、非稳态特性及调控等问题进行了研究。首先，通过文献综述和理论分析，获得了太阳能与地热能组成混合热源的集成方法和氨水工质冷热电联供系统的集成方法，为后续系统具体工作流程的构建奠定理论基础。其次，提出了可根据季节变化而改变运行模式的氨水工质冷热电联供系统，该系统通过管路阀门的开关组合实现发电、冷电、热电三种运行模式，满足用户随季节变化的用能需求；并通过模拟计算获得了三种运行模式下的系统状态点参数和运行性能。另外，还提出了多个利用地热能或其他中低品位热能的氨水工质多联供（冷热电、冷电、热电）系统，通过计算分析，获得了关键热力参数（如透平进出口压力、蒸发器压力、精馏塔压力、氨水浓度等）对系统多方面性能的影响，揭示了系统内部不可逆能量损失的形成原因和改善途径。最后，针对氨水工质联供系统的核心构成循环，建立其变工况分析数学模型，获得了循环在热源温度、热源质量流量、冷却水温度、用电负荷变化情况下的协调控制策略和非稳态变工况性能，为系统的实际运行与控制提供指导。.本项目的研究成果将完善基于可再生能源高效利用的智慧能源系统构建理论，为城市新区能源系统的规划建设提供新思路，对实行节能减排和发展低碳经济具有一定的科学意义和工程应用价值。.