【Applied Energy最新原创论文】气候变化情景下区域能源系统的表现:以深圳为例

学术   2024-12-12 18:30   美国  

原文信息:

Performance of district energy system under changing climate: A case study of Shenzhen

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261924023705

Highlights

•  全面评估气候变化对区域分布式能源系统性能的影响

 对区域能源系统在未来气候情景下的优化和分析进行了建模

 在RCP4.5和RCP8.5气候变化情景中建筑物冷却负荷相较典型气象年显著增加

 具有冰蓄冷的冷热电三联供系统较传统区域能源系统具有更高的生命周期成本效益

Research gap

目前,在区域分布式能源系统领域关于建筑能源系统未来气候变化适应性方面缺乏深入研究。故本研究提出了定量评估气候变化对区域分布式能源系统影响的方法,并分析了典型亚热带气候下,具有冰蓄冷的冷热电三联供分布式能源系统与传统区域能源系统在未来碳排放情景下的最优系统配置及生命周期经济效益。


摘要

目前,现有研究较少深入评估气候变化对不同区域分布式能源系统 (DES) 经济效益的影响。在本研究中,通过对 DES 进行建模和分析,采用仿真手段分析比较了传统和冷热电联产系统 (CCHP) 的性能。在两种未来气候情景下,我们使用 2050-2060 年期间降尺度的未来逐时气象数据开展了区域建筑能耗模拟。同时,在未来气候情景下确定了 DES 的最佳系统尺寸和运行策略。研究采用生命周期单位面积年化供暖和制冷末端收费 (HC) 来比较区域能源系统的经济效益。研究发现 ,RCP4.5 和 RCP8.5 情景下,目标案例社区的建筑年制冷负荷分别增加了 6% 和 9.68%。当利润率在5%至20%之间时,常规区域能源系统的HC在各种气候情景下为122.72元/m2至141.1元/m2,而CCHP的HC在72.36元/m2至95.24元/m2之间。与常规系统相比,在全寿命周期利润率保持在5%至20%之间的目标导向下,最佳配置的CCHP系统对建筑终端用户的收费相较传统区域能源系统可降低32.5%至41%。

更多关于"区域能源系统"的研究详见:

https://www.sciencedirect.com/search?qs=district%20energy%20system&pub=Applied%20Energy&cid=271429

Abstract

The impacts of climate change on the economic performance of different district energy systems (DES) are rarely evaluated. In this research, the performance of both conventional and combined heat and power systems (CCHP) are simulated and compared by modeling and analyzing the DES. Building simulation is conducted by using the downscaled future hourly weather data in the period of 2050-2060 under two future climate scenarios. Optimal sizing and operation schedule of the DES are determined before the simulation in future climate. Lifetime annualized heating and cooling per area cost (HC) is used to compare the economic performance of the district system. It is found that the annul cooling load in RCP4.5 and RCP8.5 increases by 6% and 9.68%. The HC of the conventional system ranges from 122.72 Yuan/m2 to 141.1 Yuan/m2 with a range of profit rate from 5% to 20% under various climate scenarios, and that number for the CCHP is from 72.36 Yuan/m2 to 95.24 Yuan/m2. Compared with the conventional system, the optimal CCHP system charges 32.5% to 41% less on the building end users if the lifetime profit rate is to be maintained between 5% to 20%.

Keywords

District energy system

Climate change

Building energy use

Lifecycle analysis

Graphics

图1 传统区域能源系统


图2 具有冰蓄冷的冷热电三联供区域能源系统


图3 典型气象年条件下区域内建筑物全年逐时能源负荷热图


Hotel

Mall

Office

图4 未来气候情景下区域内逐月建筑总负荷与典型气象年的比较

图5 典型夏季周内分布式能源系统制冷情况


图6 全年CCHP 系统满足的建筑逐月冷负荷情况


图7 RCP4.5情景下气电配比与冰蓄冷配比组合下的全生命周期供热制冷费用收费分析(全生命周期利润率为15%条件下)

作者介绍

        本研究由清华大学深圳国际研究生院未来人居研究院、深圳大学机电与控制工程学院、以及哈尔滨工业大学(深圳)的研究人员共同完成。


第一作者与通信作者简介:

        沈鹏元,博士、清华大学深圳国际研究生院副教授、深圳市海外高层次人才、深圳市南山区领军人才、中国仿真学会建筑仿真专业委员会成员、Building Simulation期刊青年编委。目前,以第一作者或通讯作者身份在Applied Energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Sustainable Cities and Society, Building and Environment, Building Simulation等期刊发表论文30余篇。主要研究方向包括建筑性能与热舒适、气候变化与城市气候适应性、人工智能和机器学习在建成环境领域中的应用等。


关于Applied Energy

本期小编:周益帆;审核人:赵蕾蕾

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