摘要
近年来,在国家的大力扶持和倡导下,风光互补作为一种广泛应用的多元能源结合方案,其应用领域的研究取得了显著的进步.特别是在我国的北方地区,冬季气候寒冷,风光资源充足,因此建筑供热所需能耗巨大.而传统燃煤的供热方式也大多都依赖于不可再生的石化能源,这不仅造成了资源的过度消耗,同时也带来了许多的环境污染问题,严重影响到居民生活和空气质量.风能和太阳能因其在时间和强度上的互补特性,使得两者的容量配置对风光互补系统的稳定性和初始投资具有显著影响.过往的研究中往往侧重于理论和仿真,却忽视了在实际应用中验证仿真结果的真实性. 本文针对北方地区农村民居建筑的冬季供热难题,深入了解了吉林地区冬季的供热需求,并结合气候特点,设计了一套风光互补供热系统.在此基础上,以系统成本、二氧化碳减排量以及系统的运行效率为优化目标,使用非支配排序遗传算法进行优化分析,得到结果选用36.5 m2的平板型太阳能集热器、2 kW 的风力发电机、4.2 m3的蓄热水箱组成风光互补供热系统的供热端.为了检验风光互补供热系统的实际工作效果,本文借助TRNSYS平台建立了系统的运行模型,研究了该系统在整个供热季中的实际工作效果.并在四种不同的气象条件下对系统进行了测试.结果显示,在强风强日照、强风弱日照以及弱风强日照这三种场景下,系统产热量均能满足目标建筑的热负荷需求.然而,在弱风弱日照的情况下,由于产生的热量不足,需要接入市电辅助热源来保持室内温度的稳定.最后,将优化后的系统参数和运行模型的结果与传统的燃煤采暖方式进行了对比.结果表明,风光互补供热系统在吉林地区的冬季供热中表现稳定可靠,且室内温度可以达到预期标准. 从长远来看,风光互补供热系统相较于传统燃煤供热在节约投资成本和节能减排方面具有显著优势.风光互补供热系统运行周期为10年时,采暖总投资成本比传统燃煤采暖的总成本低40730元,CO2排放减少1.95×105 kg.这一研究结果不仅给北方地区的冬季取暖带来了更为安全、有效的解决办法,同时也为风光互补供热系统在北方地区的推广和应用提供了有力支持.
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