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Dec 04, 2023

Ottimizzazione della strategia operativa di un sistema combinato di raffreddamento, riscaldamento ed energia basato sulla tecnologia di accumulo dell'energia

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2928 (2023) Citare questo articolo

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La tecnologia di stoccaggio dell’energia è la chiave per realizzare una politica sulle emissioni di carbonio. Lo scopo del documento è migliorare le prestazioni complessive del sistema combinato di pompa di calore geotermica (CCHP-GSHP) mediante batteria. Viene proposta una nuova strategia operativa (l'operazione a due punti) controllando il lavoro dell'unità di generazione di energia. L'unità di generazione di energia ha due modalità operative: non operativa e operativa con efficienza nominale tramite la batteria di accumulo. La nuova strategia di funzionamento è paragonata al tradizionale CCHP-GSHP senza batteria. Gli obiettivi di ottimizzazione includono il tasso di risparmio di energia primaria, il tasso di riduzione delle emissioni di anidride carbonica e il tasso di risparmio sui costi totali annuali. Come sistema di riferimento viene utilizzato il sistema indipendente GSHP. Gli algoritmi genetici multipopolazione vengono selezionati per risolvere il problema dell'ottimizzazione. Un edificio alberghiero viene selezionato per un caso di studio. La configurazione ottimale del sistema di accoppiamento viene calcolata seguendo la strategia del carico elettrico. Infine, i risultati mostrano che il sistema CCHP-GSHP ha prestazioni migliori nell’ambito della nuova strategia operativa rispetto al tradizionale CCHP-GSHP (il rapporto di risparmio di energia primaria aumenta del 5,5%; il rapporto di riduzione annuale delle emissioni di anidride carbonica aumenta dell’1%; il rapporto annuo di riduzione dei costi totali aumenta del 5,1%). Questo documento fornisce riferimenti e suggerimenti per la strategia di integrazione e funzionamento di CCHP-GSHP in futuro.

Con la situazione energetica e ambientale che diventa sempre più grave, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni hanno ricevuto una crescente attenzione1. Il sistema CCHP può raggiungere un utilizzo dell’energia in più fasi e ridurre efficacemente le emissioni di carbonio2. I suoi vantaggi hanno portato al suo rapido sviluppo nel risparmio energetico e nella protezione ambientale3. Nojavan et al.4 hanno implementato l'energia rinnovabile in una rete di microenergia per modellare questo sistema. Zeng et al.5,6,7 hanno utilizzato un algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle ibride e un algoritmo genetico per ottimizzare dinamicamente il sistema CCHP considerando la non linearità dell'apparecchiatura. Considerando la capacità delle apparecchiature e l'allocazione energetica del sistema, i risultati di ottimizzazione sono stati verificati rispetto al sistema tradizionale in tre aspetti: tasso di risparmio energetico, rapporto di riduzione dell'anidride carbonica e costo totale annuo. Soheyli8 ha considerato un nuovo sistema CCHP che includeva moduli fotovoltaici, turbine eoliche e celle a combustibile a ossido solido come brughiere principali. Lu et al.9 hanno proposto una strategia operativa stagionale del sistema energetico distribuito, che ha utilizzato un processo di gerarchia analitica per determinare il peso e l'evoluzione differenziale dell'algoritmo ibrido di ottimizzazione dello sciame di particelle per risolvere il modello. Feng et al.10 hanno studiato le prestazioni del sistema dal punto di vista dei diversi metodi di raffreddamento e hanno ottimizzato il sistema CCHP basato su un refrigeratore ibrido. Su et al.11 hanno ottimizzato e analizzato i parametri operativi chiave del sistema CCHP-GSHP sulla base dei vantaggi globali di economia, risparmio energetico e protezione ambientale. Chu et al.12 hanno considerato la carbon tax come funzione obiettivo e hanno confrontato vantaggi e svantaggi del sistema di fornitura congiunta CCHP-GSHP di diverse tipologie di edifici. Yan et al.13 hanno progettato una nuova struttura di microrete CCHP con accumulo di energia tramite aria compressa, considerando principalmente l'utilizzo dell'energia e l'utilizzo dell'energia a cascata. Li et al.14 hanno confrontato il sistema accoppiato CCHP-GSHP con uno scambiatore di calore con il sistema CCHP-GSHP senza scambiatore di calore. Zhang et al.15 hanno confrontato i vantaggi e gli svantaggi di quattro metodi di refrigerazione, vale a dire il frigorifero ad assorbimento alimentato dal calore di scarto, il frigorifero elettrico, il frigorifero ad assorbimento di gas e la pompa di calore geotermica, nel sistema CCHP. Arabkoohsar e Sadi hanno migliorato la configurazione ibrida di un sistema di generazione di energia. Il sistema ha buone prestazioni globali per quanto riguarda la riduzione delle emissioni di anidride carbonica16; Sadi et al.17,18 hanno analizzato i vantaggi dell'utilizzo dell'energia solare e dell'energia da biomassa in India; Shoeibi et al.19 hanno analizzato e riassunto l'applicazione dell'energia solare nei sistemi energetici.