采用铁铬液流电池与热管理的太阳能多联供系统的综合优化

《Scientific Reports》：Integrated optimization of a solar multigeneration plant employing iron-chromium redox flow battery and thermal management

　　

摘要

本研究考察了一种太阳能多联产系统，该系统可提供多种能源产品，同时整合了线性菲涅尔光伏/集热阵列、蓄热系统、铁铬液流电池，以及包含热泵与吸收式制冷技术的混合子系统。该集成太阳能多联产系统采用动态控制方法运行，根据太阳辐照度的变化和终端用户需求的变化调整热能和电能的分配。本研究从能量学、?分析和经济学三个角度评估了该系统的总体性能，并以参考三元产路径（即制氢-电系统）同时产热、制冷和电力作为对比基准。此外，研究评估了两个主要设计变量——集热分配比和电池容量——对系统总效率、?利用率和经济效益的贡献。进一步地，本研究开发了一种多目标优化方法，将萤火虫优化算法与模拟退火算法相结合，同时最大化系统?效率、最小化交付能源成本，并最小化电网购电相关的年度运营二氧化碳排放量。研究表明，在太阳能多联产系统中引入铁铬电池增强了其可调度能源资源的能力，能够在波动运行条件下维持供需平衡，且不降低系统的热力学性能。与基于氢气的参考方案相比，所提出的多联产配置具有更优的经济优势，包括更低的交付能源成本、更短的回收期以及更高的投资吸引力。三目标优化确定的折中设计方案（覆盖比为0.935，电池容量为337 kWh）实现了31.27%的?效率、0.04567美元/kWh的平准化电力成本，以及相对于基准设计年度运营CO₂排放量降低4.1%的效果。