考虑充电模式与工质选择的电加热辅助可逆热泵-有机朗肯循环卡诺电池系统的热经济优化

《Sustainability》：Thermo-Economic Optimization of an Electric-Heater-Assisted Reversible HP–ORC Carnot Battery System Considering Charging Mode and Working Fluid Selection

　　

摘要

卡诺电池是有前景的可持续储能技术，适用于可再生能源利用和电网削峰。为了获得更广泛的应用范围和灵活的配置，研究了一种电加热器辅助的可逆热泵 - 有机朗肯循环卡诺电池，采用六种工质在两种充电模式下进行了研究。建立了一个热电经济模型，包括分段 ε-NTU 换热器、压力比非设计工况和储能平准化成本。使用拉丁超立方采样、高斯过程回归、全局敏感性分析、NSGA-II 和熵权 TOPSIS 进行变量识别、帕累托优化和决策。在电加热器优先模式下，额定压力比主导往返效率，而在热泵优先模式下，有机朗肯循环的蒸发温度主导这两个目标。对于六种工质，热泵优先模式实现了更高的往返效率和更低的储能平准化成本。R1234yf-电加热器优先配置通常适用于优先考虑高温热量供应的应用。然而，考虑到环境友好性和可持续性，建议系统采用 R1233zd(E)-热泵优先模式，分别实现了 15.709% 和 0.36562 $/kWh。诚然，当前的稳态模型并未量化潜在的瞬态响应优势，这可以在未来进一步研究。