太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體幾何形狀對(duì)系統(tǒng)含稅熱價(jià)的敏感性研究

摘 要：針對(duì)水體型太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)，以太陽(yáng)能集熱場(chǎng)得熱量和跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模擬為基礎(chǔ)，在TRNSYS仿真平臺(tái)中建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱經(jīng)濟(jì)性分析模型，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱性能和經(jīng)濟(jì)性能耦合分析。此模型是對(duì)太陽(yáng)能集熱場(chǎng)中定日鏡場(chǎng)采光面積、跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體體積、水體幾何形狀、太陽(yáng)能集熱場(chǎng)質(zhì)量流量、資金內(nèi)部收益率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感性分析和優(yōu)化的重要工具。該研究主要分析了儲(chǔ)熱水體幾何形狀對(duì)系統(tǒng)含稅熱價(jià)的敏感性，得出以下結(jié)論：對(duì)于萬(wàn)立方米級(jí)的圓柱形儲(chǔ)熱水體，水體熱損、含稅熱價(jià)與水體高徑比呈上開(kāi)口的類(lèi)拋物線關(guān)系，當(dāng)水體高徑比為1∶2時(shí)，水體的熱損低至30.74 kWh/m3，對(duì)應(yīng)的含稅熱價(jià)低至0.470 元/kWh，與區(qū)間高點(diǎn)的含稅熱價(jià)相比低9.6%；水體深度由5 m變化至25 m過(guò)程中，水體深度為19 m時(shí)熱價(jià)可低至0.482 元/kWh，與區(qū)間高點(diǎn)的含稅熱價(jià)相比低13.0%。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；跨季節(jié)儲(chǔ)熱；動(dòng)態(tài)模擬；熱經(jīng)濟(jì)性；儲(chǔ)熱水體

中圖分類(lèi)號(hào)：TK519" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0508

文章編號(hào)：0254-0096（2024）08-0407-07

1. 蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，蘭州 730050；

2. 甘肅省生物質(zhì)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)能源系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050；

3. 中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京 100190；4. 中國(guó)科學(xué)院太陽(yáng)能熱利用與光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；

5. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100190

0 引 言

太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)可將非采暖季豐富的太陽(yáng)能儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)移到采暖季，是可再生能源用于建筑清潔供熱的重要技術(shù)路線之一［1］。較好的經(jīng)濟(jì)效益有利于該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，因此在滿(mǎn)足供熱需求的前提下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析可為降低供熱成本提供理論支撐。

系統(tǒng)中儲(chǔ)熱水體幾何形狀［2-3］對(duì)系統(tǒng)熱性能的影響非常重要。目前，計(jì)算系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的方法主要有：均一化熱成本法（levelized cost of heat， LCOH）［4-5］、費(fèi)用年值法［6-7］、現(xiàn)金流法［8］等。

鮮有研究［9］涉及實(shí)際動(dòng)態(tài)集熱和儲(chǔ)熱過(guò)程的熱經(jīng)濟(jì)分析模型。本文將采用現(xiàn)金流結(jié)合動(dòng)態(tài)集熱儲(chǔ)熱模型，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱經(jīng)濟(jì)分析，以反映出系統(tǒng)較為真實(shí)的含稅供熱價(jià)格，并分析儲(chǔ)熱水體幾何形狀對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性。

1 系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)分析模型

此熱經(jīng)濟(jì)分析模型由以下兩部分耦合而來(lái)：太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)、太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析模塊。

1.1 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)

太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型共分為4個(gè)子系統(tǒng)：太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、控制及輔助設(shè)備系統(tǒng)。系統(tǒng)能量流動(dòng)如圖1所示，太陽(yáng)能通過(guò)定日鏡場(chǎng)聚集到吸熱器，加熱管內(nèi)傳熱介質(zhì)，介質(zhì)通過(guò)板式換熱器1給儲(chǔ)熱水體（非采暖季）或緩沖水箱（采暖季）提供熱量。因儲(chǔ)熱水體中的水呈堿性，所以其與供暖管路之間加了板式換熱器2。供熱時(shí)通過(guò)板式換熱器2給建筑提供熱量，優(yōu)先使用緩沖水箱來(lái)給建筑供熱，在夜間或陰天太陽(yáng)資源不足時(shí)，使用儲(chǔ)熱水體來(lái)給建筑供熱。當(dāng)太陽(yáng)能提供的熱量不能滿(mǎn)足建筑用熱需求且儲(chǔ)熱水體儲(chǔ)存的熱量釋放完畢時(shí)，開(kāi)啟輔助燃料鍋爐補(bǔ)熱。

根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)年能量平衡圖，太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)總供熱能力為：

[Qheating=（Qout，PTES+Qout，bt）ηhe2] （1）

式中：[Qout，PTES]——儲(chǔ)熱水體供熱能力，kWh；[Qout，bt]——緩沖水箱的供熱能力，kWh；[ηhe2]——板式換熱器2的效率，%。

定日鏡場(chǎng)接收的能量為：

[Qsolar=τ1τ2Nh·Ah·IDNIdτ] （2）

式中：[Qsolar]——定日鏡場(chǎng)接收到的能量，kWh；[Nh]——定日鏡數(shù)量，臺(tái)；[Ah]——單個(gè)定日鏡采光面積，m2；[IDNI]——太陽(yáng)法向直射輻照度，W/m2。

定日鏡場(chǎng)聚集到吸熱器能量為：

[Qinc=Qsolar-Qh，loss=Qsolarηo（αs，γs）] （3）

式中：[Qinc]——定日鏡反射到吸熱器采光口的能量，kWh；[Qh，loss]——定日鏡場(chǎng)能量損失，kWh；[ηo（αs，γs）]——定日鏡場(chǎng)效率，%。

定日鏡場(chǎng)效率為：

[ηo（αs，γs）=ArecF（x，y）Nh?Ah?IDNI] （4）

式中：[Arec]——吸熱器的面積，m2；[F（x，y）]——定日鏡場(chǎng)反射到吸熱器采光口的聚光能流密度［10］，W/m2。

吸熱器有效吸熱量為：

[Qrec，abs=Qinc-Qrec，loss] （5）

式中：[Qrec，abs]——吸熱器有效吸熱量，kWh；[Qrec，abs，nhp]——非采暖季吸熱器有效吸熱量，kWh；[Qrec，abs，hp]——采暖季吸熱器有效吸熱量，kWh；[Qrec，loss]——吸熱器的熱損［11］，kWh。

非采暖季儲(chǔ)熱水體充熱量為：

[Qin，PTES=Qrec，abs，nhpηhe1] （6）

式中：[ηhe1]——板式換熱器1的效率，%。

儲(chǔ)熱水體的內(nèi)部能量變化為：

[Qinner，PTES=Qin，PTES-Qloss，PTES] （7）

式中：[Qinner，PTES]——儲(chǔ)熱水體內(nèi)部能量變化，kWh；[Qloss，PTES]——儲(chǔ)熱水體的熱損［12］，kWh。

儲(chǔ)熱水體供熱能力為：

[Qout，PTES=Qinner，PTES-Qloss，PTES] （8）

采暖季，吸熱器通過(guò)板式換熱器1給緩沖水箱供熱，進(jìn)入緩沖水箱的熱量為：

[Qin，bt，s=Qrec，abs，hpηhe1] （9）

式中：[Qin，bt，s]——太陽(yáng)能輸入緩沖水箱的熱量，kWh。

當(dāng)太陽(yáng)能不能滿(mǎn)足供熱需求時(shí)，啟動(dòng)輔助電鍋爐來(lái)供熱，熱量匯入緩沖水箱后輸入建筑，采暖季緩沖水箱總的輸入熱量為：

[Qin，bt=Qin，bt，s+Qaux] （10）

式中：[Qaux]——輔助能源補(bǔ)熱量［12］，kWh。

緩沖水箱內(nèi)部能量變化為：

[Qinner，bt=Qin，bt-Qloss，bt] （11）

式中：[Qinner，bt]——緩沖水箱內(nèi)部能量變化，kWh；[Qloss，bt]——緩沖水箱的熱損［12］，kWh。

緩沖水箱的供熱能力為：

[Qout，bt=Qinner，bt-Qloss，bt] （12）

1.2 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析模塊

經(jīng)濟(jì)性模塊主要是依據(jù)現(xiàn)金流計(jì)算，通過(guò)控制內(nèi)部收益率，把建設(shè)期投資、運(yùn)營(yíng)期費(fèi)用作為現(xiàn)金流出，售熱所得的資金作為現(xiàn)金流入，通過(guò)計(jì)算得到太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)的實(shí)際含稅熱價(jià)，模型計(jì)算邏輯如圖2所示?；谠撃Ｐ徒⒌慕?jīng)濟(jì)分析模塊為“現(xiàn)金流分析”，如圖3所示。

供熱價(jià)格為：

[Cheating=ECIQheating] （13）

式中：[Cheating]——含稅熱價(jià)，元/kWh；[ECI]——現(xiàn)金流入，萬(wàn)元；[Qheating]——太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)的供熱量，kWh；系統(tǒng)供熱量通過(guò)TRNSYS仿真平臺(tái)實(shí)時(shí)模擬輸出。

現(xiàn)金流出分為建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期。建設(shè)期的現(xiàn)金流出為：

[ECO=Ct=CSCS+CPTES+CAUX+CCAS] （14）

式中：[ECO]——現(xiàn)金流出，萬(wàn)元；[Ct]——建設(shè)期投資，萬(wàn)元；[CSCS]——太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)投資，萬(wàn)元；[CPTES]——跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體投資，萬(wàn)元；[CAUX]——輔助熱源鍋爐投資，萬(wàn)元；[CCAS]——控制及輔助設(shè)備投資，萬(wàn)元。

為激勵(lì)可再生能源系統(tǒng)，中國(guó)政府［13］一般會(huì)按初投資的比例一次性補(bǔ)貼，政府補(bǔ)貼的金額為：

[Csub=Ct×λsub] （15）

式中：λsub——補(bǔ)貼比例，%。

系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)期的現(xiàn)金流出為：

[ECO=Coper+Cinsur+Cloan_prin+Cloan_inter+Ctax+Cdep] （16）

式中：[Coper]——運(yùn)營(yíng)成本，萬(wàn)元；[Cinsur]——工程保險(xiǎn)，萬(wàn)元；[Cloan_prin]——貸款還本，萬(wàn)元；[Cloan_inter]——貸款付息，萬(wàn)元；[Ctax]——稅費(fèi)，萬(wàn)元；[Cdep]——折舊成本，萬(wàn)元。

1.2.1 運(yùn)營(yíng)成本及工程保險(xiǎn)

運(yùn)營(yíng)成本主要包括外購(gòu)原材料成本、外購(gòu)燃料動(dòng)力費(fèi)成本、人工工資及福利、系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用、其他費(fèi)用。

[Coper=Cmater+Cfuel+Csal+Cland+Cmain] （17）

式中：[Cmater]——原材料成本，萬(wàn)元；[Cfuel]——燃料成本，萬(wàn)元；[Csal]——人工成本，萬(wàn)元；[Cland]——租地成本，萬(wàn)元；[Cmain]——運(yùn)維成本，萬(wàn)元。

工程保險(xiǎn)為：

[Cinsur=Ctλinsur] （18）

式中：[λinsur]——工程保險(xiǎn)比例，%。

1.2.2 貸款

貸款金額為：

[Cloan=（Ct-Csub）λloan] （19）

式中：[Cloan]——貸款金額，萬(wàn)元；[λloan]——貸款比例，%。

第1年為建設(shè)期無(wú)現(xiàn)金流入，計(jì)息不還，第1年利息計(jì)入第2年年初貸款余額中，第1年年初貸款余額為：

[Cloan，begin（1）=Cloan] （20）

式中：[Cloan，begin]——年初貸款余額，萬(wàn)元。

第1年年末貸款余額為：

[Cloan，end（1）=Cloan，begin（1）] （21）

式中：[Cloan，end]——年末貸款余額，萬(wàn)元。

第1年應(yīng)支付利息為：

[Cloan_inter（1）=Cloan，end（1）iloan] （22）

式中：[iloan]——貸款年利率。

第2年年初貸款余額為：

[Cloan，begin（2）=Cloan，end（1）+Cloan_inter（1）] （23）

從第2年起，每年償還本金為：

[Cloan_prin（n）=Cloan，begin（2）n-1] （24）

式中：[n]——貸款年限，a。

從第2年起，每年年底貸款余額為：

[Cloan，end（n）=Cloan，begin（n）-Cloan_prin（n）] （25）

從第2年起，每年支付利息為：

[Cloan_inter（n）=Cloan，end（n）iloan] （26）

從第2年起，下一年年初貸款余額等于上一年年末貸款余額，每年年底貸款余額為：

[Cloan，end（n）=Cloan，begin（n+1）] （27）

貸款利息總額為：

[I=i=1nCloan_inter（i）] （28）

1.2.3 稅費(fèi)

對(duì)于熱力公司來(lái)說(shuō)，與之相關(guān)的稅種主要包括增值稅、附加稅和企業(yè)所得稅。

增值稅為：

[EVAT=ECI·λVAT] （29）

式中：[EVAT]——增值稅，萬(wàn)元；[λVAT]——增值稅稅率，%。

附加稅為：

[EAT=EVAT·λAT] （30）

式中：[EAT]——附加稅，萬(wàn)元；[λAT]——附加稅稅率，%

企業(yè)所得稅為：

[EBIT=（ECI-ECO-EVAT-EAT）λBIT] （31）

式中：[EBIT]——企業(yè)所得稅，萬(wàn)元；[λBIT]——企業(yè)所得稅稅率，無(wú)量綱。

系統(tǒng)折舊費(fèi)用按無(wú)殘值來(lái)計(jì)算：

[Cdep=（Ct-Csub）/（N-1）] （32）

式中：[N]——計(jì)算周期，a。

1.2.4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)—內(nèi)部收益率

內(nèi)部收益率是當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值為零時(shí)的折現(xiàn)率，可表示項(xiàng)目計(jì)算周期內(nèi)在的、真正的收益率水平。

[ENPV=t=1N（ECI-ECO）t（1+EIRR）t=0] （33）

式中：[ENPV]——凈現(xiàn)值，萬(wàn)元；[（ECI-ECO）t]——第[t]年的凈現(xiàn)金流量，萬(wàn)元；[EIRR]——內(nèi)部收益率，%。

在TRNSYS仿真平臺(tái)中建立的太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)分析模型，如圖3所示，系統(tǒng)熱模型已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證［12］，經(jīng)濟(jì)分析模塊為通用的經(jīng)濟(jì)分析模型。

2 高徑比對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性

高徑比為水體深度與直徑的比值，是圓柱形水體幾何形狀評(píng)價(jià)參數(shù)。水體高徑比直接影響其幾何形狀，圓柱形水體高徑比對(duì)水體熱損有較大影響。本節(jié)將分析萬(wàn)立方米級(jí)圓柱形水體在同一體積、不同高徑比下對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性。本文基于黃帝城太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)二期項(xiàng)目進(jìn)行分析，水體幾何參數(shù)如表1所示，熱模型計(jì)算參數(shù)如表2所示，經(jīng)濟(jì)模型計(jì)算參數(shù)如表3所示，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

由表1、圖4可看出，在高徑比大于1時(shí)，水體表面積隨著高徑比的減少而減少；在高徑比小于1時(shí)，水體表面積隨著高徑比的增加而減少；當(dāng)高徑比等于1時(shí)，水體的表面積最小，但此時(shí)熱損卻不是最小的，這是因?yàn)樗w保溫頂蓋的作用，熱損最小的水體高徑比小于1。在以上分析的5種不同高徑比中，高徑比為1∶2時(shí)，水體熱損最小，儲(chǔ)熱效率最高，含稅熱價(jià)最低。

3 水體深度對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性

水體深度對(duì)水體熱損以及含稅熱價(jià)的影響也非常重要。一方面，水體深度變化直接導(dǎo)致水體表面積變化。另一方面，隨著水體深度增加，土壤帶來(lái)的保溫效果愈加明顯。兩方面原因綜合影響水體熱損失，本節(jié)將分析萬(wàn)立方米級(jí)圓柱形儲(chǔ)熱水體在同一體積、不同深度下對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性。水體參數(shù)如表4所示，除水體參數(shù)外，其他參數(shù)與第2節(jié)一致，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，熱損隨著水體深度的增加先減少后增加，拐點(diǎn)水體深度為15 m，此時(shí)熱損較低。這是因?yàn)樗w保溫頂蓋可降低水體熱損、周?chē)寥酪灿幸欢ū刈饔?，而水體表面積增加會(huì)加大水體熱損，綜合考慮才能得到最低的水體熱損。以上分析結(jié)果表明：對(duì)于萬(wàn)立方米級(jí)的圓柱形儲(chǔ)熱水體，當(dāng)水體深度小于15 m時(shí)，水體表面積變化對(duì)熱損的影響占主導(dǎo)作用；當(dāng)水體深度大于15 m后，水體頂蓋面積變化和土壤保溫作用對(duì)熱損的影響占主導(dǎo)作用。理論上含稅熱價(jià)與熱損的變化趨勢(shì)以及拐點(diǎn)應(yīng)當(dāng)一致，但含稅熱價(jià)在熱損開(kāi)始增加后仍有一段時(shí)間下降，這是由于當(dāng)水體頂部溫度大于設(shè)計(jì)溫度時(shí)系統(tǒng)會(huì)停止儲(chǔ)熱，在這一段系統(tǒng)儲(chǔ)熱量以及供熱量會(huì)隨著熱損的增加而增加，所以含稅熱價(jià)會(huì)有小幅上升趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

本文建立太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱性能與經(jīng)濟(jì)性耦合模型，并分析了水體高徑比以及深度對(duì)含稅熱價(jià)的敏感性。得到的主要結(jié)論如下：

1）分析5種高徑比（1∶5、1∶2、1∶1、2∶1、5∶1）中，當(dāng)高徑比為1∶2時(shí)，水體熱損最低，對(duì)應(yīng)含稅熱價(jià)為0.470元/kWh，與區(qū)間高點(diǎn)含稅熱價(jià)相比低9.6%。

2）水體深度從5 m變化至25 m的過(guò)程中，水體熱損以及含稅熱價(jià)隨著水體深度的增加先減少后增大，在水體深度為19 m時(shí)含稅熱價(jià)可低至0.482 元/kWh，與區(qū)間高點(diǎn)的含稅熱價(jià)相比低13.0%。

跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體作為系統(tǒng)的主要部件之一，其幾何形狀對(duì)系統(tǒng)性能影響較重要。選取合適的幾何形狀不僅可提高系統(tǒng)的熱性能以及熱經(jīng)濟(jì)性，且有利于其推廣應(yīng)用。本研究為太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體幾何設(shè)計(jì)、熱損失分析、熱價(jià)評(píng)估、耦合分析等提供了參考。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ 賀明飛， 王志峰， 原郭豐， 等. 水體型太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)簡(jiǎn)介［J］. 建筑節(jié)能， 2021， 49（10）： 66-70.

HE M F， WANG Z F， YUAN G F， et al. A technical introduction of water pit for long-term seasonal solar thermal energy storage［J］. Journal of building energy efficiency， 2021， 49（10）： 66-70.

［2］ BAI Y K， YANG M， FAN J H， et al. Influence of geometry on the thermal performance of water pit seasonal heat" "storages" " for" "solar" "district" "heating［J］." "Building simulation， 2021， 14（3）： 579-599.

［3］ 白亞開(kāi). 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體儲(chǔ)熱性能研究［D］. 北京： 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 2020.

BAI Y K. Study on thermal storage performance of solar cross-season" " hot" " water" " storage" " body［D］." " Beijing： University of Chinese Academy of Sciences， 2020.

［4］ KIM M H， KIM D， HEO J， et al. Techno-economic analysis of hybrid renewable energy system with solar district heating for net zero energy community［J］. Energy， 2019， 187： 115916.

［5］ HUANG J P， FAN J H， FURBO S， et al. Economic analysis and optimization of household solar heating technologies" " "and" " "systems［J］." " "Sustainable" " "energy technologies and assessments， 2019， 36： 100532.

［6］ 王春林， 郭放， 朱永利， 等. 大規(guī)模太陽(yáng)能跨季節(jié)土壤儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 2021， 42（4）： 320-327.

WANG C L， GUO F， ZHU Y L， et al. Design and optimization of large-scale seasonal borehole thermal energy storage system for solar energy［J］. Acta energiae solaris sinica， 2021， 42（4）： 320-327.

［7］ 張俊月， 郭放， 黃海龍， 等. 工業(yè)余熱跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)性分析［J］. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 2020， 41（1）： 47-53.

ZHANG J Y， GUO F， HUANG H L， et al. Optimization and economic analysis of an industrial waste heat heating system with seasonal storage［J］. Acta energiae solaris sinica， 2020， 41（1）： 47-53.

［8］ YANG M， WANG Z F， YANG J F， et al. Thermo-economic analysis of solar heating plant with the seasonal thermal storage in Northern China［J］. Solar energy， 2022， 232： 212-231.

［9］ ROSATO A， CIERVO A， CIAMPI G， et al. Energy， environmental and economic dynamic assessment of a solar hybrid heating network operating with a seasonal thermal energy storage serving an Italian small-scale residential district： influence of solar and back-up technologies［J］. Thermal science and engineering progress， 2020， 19： 100591.

［10］ WANG Z F. Design of solar thermal power plants［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 2019.

［11］ LI X X， WANG Z F， LI J P， et al. Numerical and experimental study of a concentrated solar thermal receiver for a solar heating system with seasonal storage［J］. International journal of energy research， 2021， 45（5）： 7588-7604.

［12］ 李曉霞. 太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)/供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及運(yùn)行策略研究［D］. 蘭州： 蘭州理工大學(xué)， 2021.

LI X X. Research on dynamic characteristic and control strategy of solar heating system with seasonal thermal energy storage［D］. Lanzhou： Lanzhou University of Technology， 2021.

［13］ 中央政府網(wǎng). 中華人民共和國(guó)中央人民法［EB/OL］. http：//www.gov.cn/test/2005-06/28/content_10577. htm.

Central Government Network. The Central People’s Law of the People’s Republic of China［EB/OL］. http：//www.gov.cn/test/2005-06/28/content_10577. htm.

STUDY OF SENSITIVITY OF GEOMETRY OF

SOLAR SEASONAL HEAT STORAGE

WATER PIT TO TAX- INCLUSIVE HEAT PRICE

Zhao Shasha1-4，He Mingfei3-5，Li Jinping1，2，Yang Ming3，4，Yuan Guofeng3，4，Wang Zhifeng1-5

（1. School of Energy and Power Engineering， Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050， China；

2. Gansu Key Laboratory of Complementary Energy System of Biomass and Solar Energy， Lanzhou 730050， China；

3. Institute of Electrical Engineering， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China；

4. Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic Systems， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China；

5. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract：Based on the dynamic simulation of the heat gain of the solar collector field and the temperature field of the water pit for solar seasonal heat storage， a dynamic thermal economy analysis model of the system is established in the TRNSYS simulation platform for the water pit for solar seasonal heat storage heating system， and the dynamic thermal performance and economic performance coupling analysis of the whole system is realized. This model is an important tool for sensitivity analysis and optimization of key parameters such as the aperture area of heliostat field， solar seasonal heating storage （SSHS） volume， geometric shape， mass flow of solar heat collection field and internal rate of return of funds. This study analyzes the sensitivity of the geometry of SSHS to the heat price including tax， and draws the following conclusions： the heat loss of the water pit is related to the heat price including tax of the system and the ratio of height to diameter of the water pit in an upward opening parabolic-like relationship for the 10000 m3 class of cylindrical water pit for solar seasonal heat storage. When the ratio of height to diameter is 1∶2， the heat loss of SSHS is low， and the corresponding tax-included heat price is 0.470 CNY/kWh， which is 9.6% lower than the higher tax-included heat price. The heat loss of SSHS and the heat price including tax first decrease and then increase with the increase of SSHS height. When the height of SSHS is 19 m， the heat price including tax is 0.482 CNY/kWh， which is 13.0% lower than higher tax-included heat price.

Keywords：solar energy； seasonal heat storage； dynamic simulation； techno-economy； water pit for heat storage