集成热能存储与DETA蓄电池能量存储的光伏热泵系统的设计与优化

为了进步修建动力体系的灵活性，本研讨提出了一种根据冰冷区域近零能耗修建的集成热储能和电池储能的光伏热泵体系设计办理与优化结构。提出了一种自主动力办理战略，包括日前调度战略、负荷操控战略和电力操控战略，并选用六项评价方针，即年度体系能耗、自发自用率、负荷匹配率、电网净功率、平准化动力本钱和碳排放量。开展了单方针和多方针优化，以研讨不同使用场景下光伏热泵体系的最佳容量装备。结果表明，集成热储能和电池储能具有更好的体系功能。经过装备12 kW光伏功率、40 kWh电池、18 kW空气源热泵容量和1.2 m³水箱容积，能够完成体系功能的最佳平衡。较高的体系规划增强了体系的技能-灵活性-经济-环境效益。与离网形式比较，并网形式具有更高的体系灵活性、经济效益和环境效益。电动汽车交互作为第二种储能办法，在离网形式下可节约16.13%的平准化动力本钱，进步负荷匹配率（+3.13%），下降电网净功率（–14.68%）和碳排放量（–

关键词

光伏/热泵热泵（注：此处根据专业术语习惯，一般译为“光伏/热泵热泵”或保留英文，但遵循规矩1和3，最精确的对应为）光伏/热泵热泵（纠正：Photovoltaic/thermal 一般指光伏光热一体化）。 从头审视： Photovoltaic = 光伏 Thermal = 热 Heat pump = 热泵 最优翻译：光伏/热泵热泵（若按字面直译）或 光伏/热能热泵。 考虑到行业标准术语 "PVT" (Photovoltaic Thermal) 常译为“光伏光热”，而本句是 "Photovoltaic/thermal heat pump"，最自然且契合规矩的翻译为： 光伏/热能热泵
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IEA的Sustainable Development Plan规定，修建业在2018年至2040年间应完成全球动力消耗下降13%以及全球碳排放（CE）减少50%[1]。为了完成零能耗和零碳标准，到2050年一切修建必须选用可再生动力战略[1]。可再生动力的快速扩张和电气化进程加快的必然趋势已非常明显[2]。其间，光伏-热泵（PV-HP）体系集成了多种可再生动力技能，能够满足空间供暖、制冷和电力需求，具有高能效[3]、杰出的经济效益[4]和环境友好性[5]。但是，PV-HP体系的间歇性和不可猜测性导致了动力供给与修建需求之间的失配[6]。储能作为需求与供给之间的中心缓冲，代表了未来修建动力体系一个充满远景的发展趋势[7]。
近年来，光伏-热泵-储能（PV-HP-TES）体系因其较长的体系寿数、较低的初始出资本钱、经济可行性以及可持续性[8]，受到了学者们的广泛关注[6]。例如，Li等人[9]提出并剖析了一种住宅热水、供温暖制冷体系，该体系将HP与TES相结合，以使峰值供暖负荷与屋顶PV体系的输出同步。经过从头分配峰值负荷，电网侧PV发电的压力得到了缓解，从而使年度电网需求下降了76%。Heinz等人[10]选用瞬态仿真软件TRNSYS模拟了具有多种操控战略的PV-HP-TES体系，并终究确定了回本周期最短的最佳水箱尺度。与传统供暖体系比较，具有优化水箱尺度的PV-HP-TES体系在电网耗电量上减少了29%，净电力本钱下降了35%。Ren等人[11]研讨了使用太阳能辅佐HVAC体系、TES、光伏/热（PV/T）集热器和需求侧办理战略的零能耗房屋的动力灵活性和功能。结果表明，引进TES设备可将PV的使用率进步26.58%。Wang等人[12]对办公修建中的PV-HP-TES体系进行了优化，运行本钱下降了10%。Da等人[13]选用TRNSYS剖析了一个PV-HP-TES体系，证明...
为了进步可再生动力的使用率和修建动力体系的灵活性，电池储能（BES）近年来已成为一种盛行的储能手法。它使用PV电力驱动HP以满足制冷和供暖需求[16]。Efkarpidis等人[17]提出了多种操控战略，旨在优化包括变速热泵、太阳能集热器、PV、BES和TES单元的住宅动力体系的日常运行。Liu等人[18]提出了一种归纳动力体系，考虑了共用电网、PV/风力涡轮机、修建、电池以及带有TES的HP。热泵储能体系与优化调节战略的结合能够明显进步可再生动力的浸透率和体系稳定性。Yu等人[19]在单体修建中提出了一种PVT-HP与TES及BES耦合体系，证明了其在供温暖制冷时节均具有明显的节能效益。该办理战略完成了令人印象深入的41.77%的能耗下降，并使节能率额外提升了9.56%。随着车辆到修建/电网技能的出现，EV在修建动力体系中的重要性受到了越来越多的关注[20]。作为修建内的移动储能单元，EV不仅有助于电网与体系之间的交互，还能经过消除初始电池出资的需求来节约本钱[21]。Keiner等人["
将EV、BES、PV、HP和TES整合到修建动力体系中[28]，代表了一种进步动力灵活性和功率的有远景的办法[25]。但是，关于归纳动力体系的研讨仍处于起步阶段[20]。这主要体现在以下几个方面：（1）大多数研讨仅关注电力需求侧办理下PV体系与HP体系之间的联络，而忽视了用于供温暖制冷的TES与BES的结合；（2）现有的大多数成果旨在优化最低本钱和最高SCR，而很少考虑整合技能、经济和环境因素的归纳优化。（3）分布式PV体系并入共用电网增加了其负担，导致共用电网接收此类体系的志愿逐渐下降。（4）用户EV是否具有参加动力互动的才能和志愿尚不确定。
因此，为了填补上述研讨空白，本研讨创新性地提出了一种用于PV-HP体系设计办理与优化的结构，该体系配备BES和TES，并从空间供暖、空间制冷和电力需求方面下手，以进步修建动力体系的灵活性。本文的研讨工作可归纳如下：
(1) 本研讨建立了一个包括PV、HP、battery、EV和相变储热水箱的归纳动力体系及瞬态模型，以完成零能耗体系。此外，还构建了一种自主动力办理战略，以最大极限地减少对utility grid需求的依赖。
(2) 该研讨将体系使用场景分为四类：无EV的离网PV-HP体系、无EV的并网PV-HP体系、有EV的离网PV-HP体系以及有EV的并网PV-HP体系。它展现了体系与电网交互以及EV与体系交互对NZEB功能的定量影响。提出了几个用于剖析能量流动摇变化的新型体系能量灵活性评价方针，一起选用负荷匹配率（LMR）来评价体系的能量灵活性。此外，使用电网净功率（GNP）来评价净零方针的完成状况。
(3) 本研讨旨在经过单方针和多方针优化，优化NZEB中air source heat pump (ASHP)、electric heat unit (EHU)、含相变资料的储热水箱、PV panels以及battery的装备。其目的是探究可再生动力体系的技能特性、动力灵活性以及经济和环境效益