《Energy Conversion and Management-X》：Optimizing a dispatchable solar-biomass hybrid system for sustainable polygeneration
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将间歇性太阳能与可调度生物质相结合，为连续低排放多联产提供了可行路径。本研究提出一种集成太阳能集热塔与生物质气化单元的能源系统，驱动联合布雷顿-朗肯(Brayton-Rankine)动力循环及单效溴化锂-水吸收式制冷机，实现电力、供热与制冷的同步生产。系统采用
将间歇性太阳能与可调度生物质相结合，为连续低排放多联产提供了可行路径。本研究提出一种集成太阳能集热塔与生物质气化单元的能源系统，驱动联合布雷顿-朗肯(Brayton-Rankine)动力循环及单效溴化锂-水吸收式制冷机，实现电力、供热与制冷的同步生产。系统采用多目标樽海鞘群算法(Multi-Objective Salp Swarm Algorithm, MSSA)结合人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)代理模型进行优化，生成三个竞争目标下的帕累托最优前沿(Pareto-optimal front)。帕累托最优结果表明，系统火用效率为22.88%，单位发电量二氧化碳排放量为0.447 kg/kWh，成本率为260.05 $/h。热力学分析揭示了一种“效率悖论”：尽管较高的太阳直射辐射可减少环境影响，但由于太阳能接收器中辐射与光学损失相对于生物质路径的增加，整体火用效率反而下降。敏感性评估表明合成气温度是关键参数，接近1150 K时可有效减少下游燃烧过程中的火用损。这些结果为可扩展的混合生物炼制系统的设计提供了可操作的参数，兼顾经济可行性、环境责任与热力学效率。
该研究发表于《Energy Conversion and Management-X》，针对当前太阳能热发电因间歇性依赖储能而导致成本高、可靠性受限的问题，提出了一种集成太阳能集热塔与生物质气化的多联产系统，可在无大规模储热条件下实现电力、供热与制冷的稳定输出。研究人员设计了由太阳能集热塔、生物质气化炉、顶置布雷顿循环、底置蒸汽朗肯循环(Steam Rankine Cycle, SRC)及溴化锂-水(LiBr-H2O)吸收式制冷机组成的混合能源系统，并在稳态假设下进行能量、火用及经济建模。为克服高维优化的计算负担，研究人员构建了级联前馈人工神经网络(ANN)代理模型，并利用拉丁超立方采样(Latin Hypercube Sampling, LHS)生成训练数据集，随后采用多目标樽海鞘群算法(MSSA)搜索帕累托最优前沿，并结合优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS)选取最佳折中方案。此外，通过单变量敏感性分析及外部工况影响分析，量化了决策变量与环境条件对系统性能的影响。
在多目标优化与帕累托前沿分析中，MSSA优化结果呈现出火用效率、成本率与二氧化碳排放之间的显著权衡关系。TOPSIS选定的最优运行点显示，系统在合成气温度为1150 K、燃烧室出口温度1482.6 K、压缩机压比11.65、净功率7.23 MW、汽轮机入口压力3324.7 kPa及换热节点温差6.20 K的条件下，实现了22.88%的火用效率、260.05 $/h的成本率和0.447 kg/kWh的碳排放强度。优化过程中，合成气温度始终趋近其上限，表明该参数对改善燃烧质量、降低火用损具有普遍优势。
在决策变量的敏感性分析中，净输出功率(?)对火用效率和碳排放的影响最为显著：提高?可使火用效率从约20%升至近26%，但同时会大幅增加生物质消耗与二氧化碳排放。燃烧温度(T7)升高虽略微提升效率，却导致成本率显著上升，反映出高温材料与设备投入的经济压力。相比之下，压缩机压比、汽轮机入口压力和节点温差对性能的影响较小，表明在优化设计中应优先关注功率规模与热管理策略。
在外部运行条件影响分析中，太阳直射辐射(DNI)增加减少了生物质消耗与碳排放，但由于太阳能收集的热力学品质低于生物质转化，整体火用效率下降。环境温度升高则增加压缩功、降低净发电能力，为维持目标功率需燃烧更多生物质，从而提高单位发电碳排放。研究还发现，生物质原料成本从0升至0.03 $/kg时，总成本率增加37%，其中生物质子系统成本占比从2.4%升至28.7%，凸显了利用低成本或零成本生物质废弃物的重要性。
在火用流分布分析(Grassmann diagram)中，研究人员识别出三大火用损中心：太阳能场与接收器（光学与辐射损失超过13 MW）、生物质气化-燃烧链（气化与燃烧合计火用损超过18 MW）、以及余热回收系统中的蒸发器（因大温差传热造成显著不可逆损失）。燃烧室由于快速氧化、混合不均和热回收不足，成为系统中最大的单一火用损源。
结论部分指出，该系统成功平衡了热力学效率、经济性与环境影响，并在无大型储热设施的情况下实现了可调度多联产。研究发现，合成气温度控制在1150 K附近可有效降低燃烧火用损；净功率规模是决定效率与排放的核心因素；DNI与环境温度对系统性能具有相反方向的影响，需在选址与控制策略中综合考虑。该成果为太阳能与生物质互补利用提供了可推广的设计框架，未来研究可进一步探索动态运行特性、实验验证及全生命周期评价，以推动低碳能源基础设施的发展。
