基于CatBoost-MVO优化的沼气多联产海水淡化系统：提升可持续能源资源效率的创新研究

本文提出了一种创新的沼气多联产系统，集成了超临界CO2循环、氨朗肯循环、卡林纳循环、多效蒸馏、制冷和LNG再气化过程。通过CatBoost辅助的多目标多元宇宙优化（MVO）框架，系统实现了46.96%的能源效率和21.85%的?效率，CO2排放量降低56.21%，平准化能源成本为0.12 $/kWh，为可持续能源-水协同生产提供了高效解决方案。

　　

系统描述

本研究提出了一种以玉米芯沼气为燃料的新型集成多联产系统，可同步产生电力、冷冻水、热水和饮用水，从而提升可用能源资源的利用率。系统整体结构包括沼气燃烧器、超临界CO₂循环（SCC）、氨朗肯循环（ARC）、卡林纳系统（KAS）、海水淡化（DESALT）、制冷循环（RFC）和LNG再气化（LNGR），通过巧妙的废热回收设计实现产物最大化。

热力学分析方法

系统在基准条件下的能量分析基本方程如下：

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  质量守恒：∑?_in = ∑?_out
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  能量守恒：Q?_out - Q?_in + ?_out - ?_in = ∑?_outh_out - ∑?_inh_in
  其中?为质量流量，h为比焓，Q?为传热速率，?为功率。系统净功率（?_net）按式（6）计算：
  ?_net = ∑?_T - ∑?_C - ∑?_P
  此处?_T代表涡轮机输出功率，?_C为压缩机耗电功率，?_P为泵功。

热力学分析结果

图3展示了各子系统的输入/输出?与能量流分布，图4呈现了对应的效率谱。这套多联产系统由14,840 kW的玉米芯沼气驱动，燃烧室（CC-100）释放13,680 kW能量，经换热器E-100输送给超临界CO₂循环（SCC）。

在SCC子系统内，净发电量达1539 kW，对应的能量效率与?效率分别为11.25%和16.78%。

结论

本研究设计、分析并优化了一套以玉米芯沼气为动力的新型多联产系统，旨在通过协同方式实现可持续能源生产与资源高效利用。该系统创新性地融合了沼气燃烧器、超临界CO₂单元、氨朗肯循环、卡林纳系统、单级海水淡化、制冷及LNG再气化等前沿技术。