Cải thiện tự cung tự cấp năng lượng trong các tòa nhà dân cư bằng cách sử dụng bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời, lưu trữ nhiệt và điện

Cải thiện tự cung tự cấp năng lượng trong các tòa nhà dân cư bằng cách sử dụng bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời, lưu trữ nhiệt và điện

Improvement of energy self-sufficiency in residential buildings by using solar-assisted heat pumps and thermal and electrical storage

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Để đạt được mục tiêu của EU vào năm 2030 về việc giảm khí thải nhà kính, nhiều căn hộ trong các tòa nhà dân cư có thể được trang bị hệ thống PV trên mái hoặc tích hợp vào tòa nhà. Tuy nhiên, do các nguồn năng lượng tái tạo không lập trình được (năng lượng mặt trời, gió) có tính không chắc chắn và dao động, rất khó để phù hợp cung cấp với nhu cầu năng lượng của tòa nhà. Lưu trữ năng lượng nhiệt và điện đóng vai trò quan trọng trong việc tối đa hóa tự tiêu thụ, giảm sự khác biệt giữa đỉnh và đáy của nhu cầu năng lượng và cải thiện tính linh hoạt của hệ thống điện. Trong nghiên cứu này, hiệu suất của hệ thống năng lượng bao gồm một bơm nhiệt điện (HP) được cung cấp bởi một hệ thống PV và cả lưu trữ nhiệt và điện đã được điều tra. Một logic đổi mới về việc sạc và xả hai hệ thống lưu trữ theo chức năng của sản xuất và nhu cầu năng lượng đã được phát triển nhằm tối ưu hóa sự tự cung cấp năng lượng của các tòa nhà dân cư điển hình. Kết quả của các phân tích cho thấy rằng các cấu hình hệ thống với lưu trữ nhiệt khoảng 1.000 L và lưu trữ điện 5,0 kWh cho phép đạt được tỷ lệ tự tiêu thụ và tự cung cấp khoảng 80%, cao hơn gấp 3 lần so với hệ thống năng lượng không có lưu trữ. Hơn nữa, cấu hình hệ thống này giảm đáng kể sự trao đổi điện năng với lưới điện. Kết quả của nghiên cứu này hữu ích để cung cấp các chỉ dẫn cho việc thiết kế lưu trữ kết hợp với hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời tránh việc phóng đại kích thước của lưu trữ điện trên 100%.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống năng lượng trong nghiên cứu này bao gồm:

– Bơm nhiệt điện (HP): Được cung cấp bởi hệ thống PV, dùng để sưởi ấm và làm mát không gian trong tòa nhà.

– Lưu trữ nhiệt (TES): Để lưu trữ năng lượng nhiệt sản xuất từ hệ thống PV khi không có nhu cầu sử dụng ngay.

– Lưu trữ điện (EES): Để lưu trữ năng lượng điện dư thừa từ hệ thống PV khi không có nhu cầu sử dụng ngay.

– Hệ thống quản lý thông minh: Điều khiển việc sạc và xả của TES và EES dựa trên sản xuất và nhu cầu năng lượng.

Hệ thống này được thiết kế nhằm tối ưu hóa sự tự cung cấp năng lượng cho các tòa nhà dân cư, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng phần mềm TRNSYS để mô phỏng các cấu hình hệ thống khác nhau:

– SAHP: Hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời mà không có lưu trữ năng lượng.

– SAHP + TES: Hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời với lưu trữ nhiệt.

– SAHP + EES: Hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời với lưu trữ điện.

– SAHP + TES + EES: Hệ thống bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời với cả lưu trữ nhiệt và lưu trữ điện.

Các mô phỏng được thực hiện dựa trên dữ liệu thời tiết của Catania, với các yêu cầu sưởi ấm từ ngày 1 tháng 10 đến ngày 30 tháng 4 và làm mát từ ngày 1 tháng 6 đến ngày 30 tháng 9. Nhiệt độ đặt là 20°C cho sưởi ấm và 26°C cho làm mát.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả mô phỏng cho thấy:

– SAHP: Hệ thống không có lưu trữ năng lượng có tỷ lệ tự tiêu thụ là 34,1% và tỷ lệ tự cung cấp là 27,9%.

– SAHP + TES: Tăng tỷ lệ tự tiêu thụ lên 45,2% và tỷ lệ tự cung cấp lên 38,6% với dung tích lưu trữ nhiệt 1.500 L.

– SAHP + EES: Tăng tỷ lệ tự tiêu thụ lên 70,0% và tỷ lệ tự cung cấp lên 60,0% với dung lượng lưu trữ điện 15 kWh.

– SAHP + TES + EES: Kết hợp lưu trữ nhiệt 1.000 L và lưu trữ điện 5 kWh đạt được tỷ lệ tự tiêu thụ 69,4% và tỷ lệ tự cung cấp 59,9%, tương đương với hệ thống lưu trữ điện 15 kWh.

5 – KẾT LUẬN