انقلاب انرژی پایدار؛ پمپ حرارتی هیبریدی چین خانه‌ها را کم‌مصرف می‌کند
جهان صنعت، چین با معرفی یک پمپ حرارتی هیبریدی نوین که انرژی بادی و خورشیدی را ترکیب می‌کند، تحولی چشمگیر در کاهش هزینه‌های انرژی خانگی و کاهش وابستگی به شبکه برق ایجاد کرده است. این فناوری پیشرفته که از هوش مصنوعی برای مدیریت بهینه انرژی استفاده می‌کند، می‌تواند هزینه‌های انرژی را تا ۵۵ درصد و وابستگی به شبکه را تا ۷۵ درصد کاهش دهد. این سیستم نوآورانه، گامی مهم در راستای توسعه انرژی پایدار و کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی است و می‌تواند نقشی کلیدی در خانه‌های کم‌مصرف و همچنین ساختمان‌های جدید ایفا کند.
پمپ حرارتی هیبریدی چین، تلفیقی از خورشیدی و بادی
این پمپ حرارتی ترکیبی توسط محققان دانشگاه شنیانگ جیانژو و دانشگاه شانگهای جیائو تونگ در چین توسعه یافته که از انرژی خورشیدی و بادی به صورت همزمان بهره می‌برد. این سیستم با ادغام ذخیره‌سازی حرارتی و الکتریکی، عملکرد بهینه‌ای برای گرمایش و سرمایش خانه‌ها فراهم کرده است. علاوه بر این، چارچوب مدیریتی تعامل انرژی فصلی این پمپ شامل پیش‌سرمایش منبع زمینی در بهار، سرمایش تابستان، پیش‌گرمایش در پاییز و گرمایش زمستان است که تعادل انرژی را در طول سال حفظ می‌کند.
برای مدل‌سازی دقیق و مدیریت انرژی بهینه، محققان از نرم‌افزارهای پیشرفته‌ای مانند TRNSYS و SketchUp استفاده کردند. آنها با این ابزارها توانستند استراتژی‌های کارآمدی برای بهره‌برداری از انرژی‌های تجدیدپذیر و ذخیره‌سازی توسعه دهند.
آزمایش در شرایط سخت آب‌وهوایی
مطالعات این پمپ حرارتی روی یک ساختمان مسکونی کم‌مصرف در شهر شنیانگ شمال شرقی چین انجام شده است؛ منطقه‌ای با زمستان‌های سرد و تابستان‌های گرم که تحت شرایط سخت طبیعی، کارایی سیستم را به چالش می‌کشد. این خانه ۳۶۰۳ فوت مربع (۳۳۴.۸ متر مربع) مساحت دارد و سقف آن تقریبا ۱۳۰ متر مربع ظرفیت نصب پنل‌های خورشیدی را فراهم کرده است.
این سیستم شامل ماژول‌های فتوولتائیک ۵۵۰ وات و توربین‌های بادی سه کیلوواتی بوده و انرژی تولیدی توسط یک باتری ۴۰ کیلووات ساعتی و یک مخزن آب مجهز به مواد تغییر فاز دهنده (PCM) برای ذخیره سازی حرارتی پشتیبانی می‌شود. در کنار اینها، دو نوع پمپ حرارتی منبع زمینی (GSHP) و منبع هوایی (ASHP) به کار گرفته شده‌اند. GSHP در زمستان گرما را از خاک جذب و در تابستان آنها را به زمین باز می‌گرداند، در حالی که ASHP بر اساس تغییرات محیطی به بهینه‌سازی سیستم کمک می‌کند.
الگوریتم‌های هوشمند برای بهینه‌سازی مصرف انرژی
یک فرآیند بهینه‌سازی دو مرحله‌ای برای بهبود عملکرد پمپ حرارتی توسعه داده شد. ابتدا با الگوریتم ژنتیک NSGA-II به پیکربندی بهینه سیستم دست یافتند و سپس با الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات، ذخیره‌سازی باتری را به صورت هفتگی مدیریت کردند. این اجازه داد تا سیستم بر اساس فصل سال بین تولید برق تجدیدپذیر، نیاز گرمایشی و ذخیره باتری تعادل مناسبی برقرار کند.
محققان چهار سناریو مختلف را ارزیابی کردند که از سیستم‌های پایه آغاز و به ترکیب‌های پیشرفته‌تر با PV، توربین‌های بادی و استراتژی بهینه‌سازی progresed. نتایج نشان داد که سیستم هیبریدی بهینه‌شده توانسته است هزینه تراز شده انرژی (LCOE) را حداقل ۵۴.۷ درصد کاهش داده و کیفیت عملکرد سیستم را حدود ۴ درصد بهبود بخشد. مهم‌تر آنکه ضریب استقلال سیستم (SIF) که وابستگی به شبکه برق را نشان می‌دهد، تا ۷۵ درصد کمتر شده است.
پایداری عملکرد و کاهش چشمگیر هزینه انرژی
در مدت ۱۰ سال، دمای زمین اطراف مبدل‌های زمینی تنها ۰.۴۲ درجه سانتی‌گراد کاهش یافته که نشان‌دهنده پایداری دمای خاک و جلوگیری از بروز مشکلات طولانی‌مدت ناشی از استفاده از پمپ‌های GSHP است. چیدمان بهینه شامل ۱۳.۱۲ کیلووات پنل خورشیدی، دو توربین بادی، ظرفیت ذخیره‌سازی باتری ۲۵.۴۶ کیلووات ساعت، پمپ حرارتی زمینی ۶.۱۷ کیلووات و مخزن آب ۲.۷۶ متر مربع بود که تمامی این عناصر در کنار هم کارکردی بهینه را تضمین می‌کنند.
منبع: تجارت نیوز
