KR20120136074A - 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것으로서, 선박에서 발생하는 배기가스로부터 열을 흡수하여 열매를 순환 공급하는 폐열흡수부와, 폐열흡수부로부터 열매를 순환 공급받아 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기와, 냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기와, 흡수식 냉동기 및 냉매압축식 냉동기에 의해 냉각되는 냉매를 냉방설비로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하는 냉매순환부를 포함하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 흡수식 냉동기에 의해 폐열을 회수하여 사용하도록 하고, 나아가서, 전력 소모량이 많은 냉매압축식 냉동기의 사용을 최소화할 수 있으므로 경제적이면서도 전기생산을 위한 연료의 절감을 가져오고, 연료의 소모량을 줄여서 이산화탄소 발생량을 줄임으로써 환경오염을 방지하고, 냉매압축식 냉동기를 대기하도록 구성할 수 있기 때문에 흡수식 냉동기의 부하변동에 쉽게 대처할 수 있으며, 육상 전력을 사용하는 경우에는 냉매압축식 냉동기만으로도 원하는 냉방 부하를 얻을 수 있다.

Description

선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템{Hybrid air conditioning system for vessel}
본 발명은 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것으로서, 흡수식 냉동기와 냉매압축식 냉동기를 조합하여 사용함으로써 에너지를 절감하도록 하고, 선박에서 요구되는 안정적인 냉방부하를 얻도록 구성된 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에서 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 에어 컨디셔닝 시스템(air conditioning system)은 압축기(compressor)를 이용한 냉매가스 압축식 에어 컨디셔닝 시스템이다.
이와 같은 냉매가스 압축식 에어 컨디셔닝 시스템은 압축기에서 기체상태인 냉매를 압축해서 응축기로 보내서 물이나 공기 등으로 냉각해서 액체상태가 되고, 액체상태의 냉매는 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창하여 기화하고, 냉매의 기화에 의해 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용한 것인데, 증발기에서 기체로 된 냉매는 다시 압축기로 돌아와서 압축되어 액체상태가 된다. 이와 같이 반복되는 압축, 응축, 팽창, 기화의 4단계 변화를 냉동사이클이라고 한다.
이러한 냉매가스 압축식 에어 컨디셔닝 시스템은, 다시 직접 냉각방식(direct cooling type, DX type) 과 간접 냉각방식(indirect cooling type, chiller type)으로 나누어지는데, 냉매가 AHU(air handling unit) 내에서 팽창, 기화하면서 공기로부터 기화열을 빼앗는 것을 직접 냉각방식이라고 하고, 냉매가 칠러 유닛(chiller unit)에서 팽창, 기화하면서 먼저 물을 냉각시키고 냉각된 물이 AHU에서 공기와 열교환하는 방식을 간접 냉각방식이라고 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 냉매가스 압축식 에어 컨디셔닝 시스템은 선박에 적용 시 에너지 소모량이 많아 선박의 에너지 운용 및 절약을 어렵게 할 뿐만 아니라, 에너지 발생을 위한 연료 사용으로 인해 이산화탄소 발생량을 증가시켜 환경오염을 유발하며, 안정적인 냉방부하를 위하여 그에 맞는 발전기 용량증가 등의 운항에 따른 많은 비용을 발생시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 흡수식 냉동기와 냉매압축식 냉동기를 조합하여 사용함으로써 에너지를 절감하도록 하고, 선박에서 요구되는 안정적인 냉방부하를 얻도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 에어 컨디셔닝 시스템에 있어서, 상기 선박에서 발생하는 배기가스로부터 열을 흡수하여 열매를 순환 공급하는 폐열흡수부; 상기 폐열흡수부로부터 열매를 순환 공급받아 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기; 냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기; 및 상기 흡수식 냉동기 및 상기 냉매압축식 냉동기에 의해 냉각되는 냉매를 냉방설비로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하는 냉매순환부를 포함하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템이 제공된다.
상기 폐열흡수부는, 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기라인에 설치되는 열교환기; 상기 열교환기에 배기가스와의 열교환을 위한 열매를 순환 공급하고, 열교환을 마친 열매를 상기 흡수식 냉동기에 순환 공급하는 열매순환라인; 및 상기 열매순환라인에 설치되고, 열매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 열매순환펌프를 포함할 수 있다.
상기 냉매순환부는, 상기 냉방설비로부터 냉매를 상기 흡수식 냉동기와 상기 냉매압축식 냉동기에 각각 공급하고, 상기 흡수식 냉동기와 상기 냉매압축식 냉동기를 순환한 냉매를 상기 냉방설비에 공급하는 제 1 냉매순환라인; 및 상기 제 1 냉매순환라인에 설치되고, 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 제 1 냉매순환펌프를 포함할 수 있다.
상기 냉매순환부는, 상기 냉방설비로부터 상기 흡수식 냉동기에 냉매를 순환 공급하는 제 2 냉매순환라인; 상기 제 2 냉매순환라인에 설치되고, 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 제 2 냉매순환펌프; 및 상기 냉방설비로부터 상기 압축냉매식 냉동기에 냉기를 순환 공급하는 제 3 냉매순환라인을 포함할 수 있다.
냉방 요구시 상기 흡수식 냉동기를 우선적으로 동작시키고, 상기 흡수식 냉동기로는 요구되는 수준의 냉방을 만족시키지 못할 경우, 상기 흡수식 냉동기와 함께 상기 냉매압축식 냉동기를 함께 동작시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 육상 전력이 공급될 경우 냉방 요구시 상기 냉매압축식 냉동기를 우선적으로 동작시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 에어 컨디셔닝 시스템에 있어서, 상기 선박의 폐열을 이용하여 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기; 냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기를 포함하고, 상기 흡수식 냉동기 및 상기 냉매압축식 냉동기에 의해 냉각되는 냉매를 냉매순환부에 의해 냉방설비로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 흡수식 냉동기에 의해 폐열을 회수하여 사용하도록 하고, 나아가서, 전력 소모량이 많은 냉매압축식 냉동기의 사용을 최소화할 수 있으므로 경제적이면서도 전기생산을 위한 연료의 절감을 가져오고, 연료의 소모량을 줄여서 이산화탄소 발생량을 줄임으로써 환경오염을 방지하고, 냉매압축식 냉동기를 대기하도록 구성할 수 있기 때문에 흡수식 냉동기의 부하변동에 쉽게 대처할 수 있으며, 육상 전력을 사용하는 경우에는 냉매압축식 냉동기만으로도 원하는 냉방 부하를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템을 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템을 도시한 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(100)은 선박의 폐열을 이용하여 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기(120)와, 냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기(130)를 포함하고, 흡수식 냉동기(120) 및 냉매압축식 냉동기(130)에 의해 냉각되는 냉매를 냉매순환부(140)에 의해 냉방설비(10)로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(100)은 선박에서 발생하는 배기가스로부터 열을 흡수하여 열매를 순환 공급기 위하여 폐열흡수부(110)를 더 포함할 수 있다.
폐열흡수부(110)는 선박에서 발생하는 배기가스로부터 열을 흡수하여 열매를 순환 공급하기 위하여, 열교환기(111), 열매순환라인(112), 그리고 열매순환펌프(113)를 포함할 수 있으며, 일례로 열매로서 온수를 사용할 수 있다.
열교환기(111)는 엔진(21,22)으로부터 배기가스가 배출되는 배기라인(23) 마다 각각 설치될 수 있다. 여기서, 엔진(21,22)은 선박의 추진력을 발생시키는 메인엔진(21), 선박에 필요한 전기를 생산하는 발전기엔진(22) 등이 해당되며, 이 밖에도 고온의 배기가스를 배출하는 배기라인에 설치될 수 있다.
열매순환라인(112)은 열교환기(111)에 배기가스와의 열교환을 위한 열매를 순환 공급하고, 열교환을 마친 열매를 흡수식 냉동기(120)에 순환 공급하기 위한 경로를 제공한다.
열매순환펌프(113)는 열매순환라인(112)에 설치되고, 열매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는데, 열매가 온수로 이루어지는 경우 온수순환펌프로 구성될 수 있다.
흡수식 냉동기(120)는 폐열흡수부(110)로부터 열매를 순환 공급받아 냉방에 필요한 에너지를 얻는데, 일례로 팽창코일 안에서 냉매로 사용된 액체가 증발할 때 많은 열을 흡수하는 성질을 이용한 냉동기로서, 구체적인 예로서, 고온재생기, 저온재생기, 응축기, 증발기, 흡수기, 고온열교환기, 저온열교환기 등을 포함하고, 고온재생기에서 발생한 냉매증기를 저온재생기의 전열관에서 응축시킨 냉매액과, 저온재생기에서 증발한 냉매증기가 응축기에 유입되어 냉각수에 의해 냉각 응축된 냉매액을, 앨매순환라인(112)을 통해 공급되는 열매의 열에 의해 가열되도록 한 다음, 증발기를 관류하는 물에 제공하여 냉매액이 증발될 때 발생되는 기화열을 통해 냉각시켜서 냉방에 필요한 에너지를 발생시키도록 하며, 냉매로서 순수물과 흡수제 LiBr(리튬브로마이드)를 이용할 수 있다.
냉매압축식 냉동기(130)는 냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻기 위하여, 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브 등을 포함하고, 압축기에서 기체상태인 냉매를 압축해서 응축기로 보내서 물이나 공기 등으로 냉각해서 액체상태가 되도록 하고, 액체상태의 냉매는 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창하여 기화하고, 냉매의 기화에 의해 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용하여 냉방에 필요한 에너지를 발생시키도록 하며, 직접 냉각방식(direct cooling type, DX type) 과 간접 냉각방식(indirect cooling type, chiller type) 중 어느 하나 또는 모두가 사용될 수 있다.
냉매순환부(140)는 흡수식 냉동기(120) 및 냉매압축식 냉동기(130)에 의해 냉각되는 냉매를 냉방설비(10)로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하며, 일례로 제 1 냉매순환라인(141)과 제 1 냉매순환펌프(142)를 포함할 수 있으며, 일례로 냉매로서 냉수를 사용할 수 있다.
제 1 냉매순환라인(141)은 냉방설비(10)로부터 냉매를 흡수식 냉동기(120)와 냉매압축식 냉동기(130)에 각각 공급하고, 흡수식 냉동기(120)와 냉매압축식 냉동기(130)를 순환한 냉매를 냉방설비(10)에 공급하도록 한다.
제 1 냉매순환펌프(142)는 제 1 냉매순환라인(141)에 설치되고, 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하도록 하며, 냉매로서 냉수를 사용하는 경우 냉수순환펌프로 구성될 수 있다.
한편, 냉방설비(10)는 반드시 냉방만 제공하는 설비에 한정되지 않으며, 냉방과 난방을 선택적으로 제공하는 설비도 해당된다. 또한, 냉방설비(10)는 본 실시예에서처럼 공기조화장치로서 냉난방이 필요한 공간으로 컨디셔닝된 에어를 공급함과 아울러 중앙집중식 냉난방에 주로 이용되는 AHU(Air Handing Units; 11)와, 특정 공간의 냉난방을 개별적으로 수행하도록 하는 팬코일유닛(fan coil unit; 12)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 AHU(11)와 팬코일유닛(12)은 냉매순환부(140)에 의해 냉매가 함께 공급되어지고, 이러한 냉매를 이용하여 냉방을 실시하도록 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(100)은 흡수식 냉동기(120)와 냉매압축식 냉동기(130)를 제어하기 위한 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
제어부(150)는 사용자의 조작에 의해 냉방 요구시 흡수식 냉동기(120)를 우선적으로 동작시키고, 흡수식 냉동기(120)로는 사용자가 조작에 의해 요구하는 온도나 냉방 면적 확대 등과 같은 수준의 냉방을 만족시키지 못할 경우, 흡수식 냉동기(120)와 함께 냉매압축식 냉동기(130)를 함께 동작시키도록 제어하며, 흡수식 냉동기(120)를 동작시 폐열흡수부(110)도 동시에 동작시키도록 제어한다.
제어부(150)는 선박이 항구 등에 정박하여 육상 전력이 공급될 경우, 사용자에 의해 냉방 요구시 냉매압축식 냉동기(130)를 우선적으로 동작시키도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(200)은 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(100)에서와 같이, 폐열흡수부(210), 흡수식 냉동기(220), 냉매압축식 냉동기(230), 그리고, 냉매순환부(240)를 포함할 수 있으며, 나아가서, 제어부(250)를 더 포함할 수 있으며, 냉매순환부(240)를 제외한 나머지 구성요소들에 대해서는 제 1 실시예에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템(100)에서 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 한다.
냉매순환부(240)는 냉방설비로부터 흡수식 냉동기(220)에 냉매를 순환 공급하는 제 2 냉매순환라인(241)과, 제 2 냉매순환라인(241)에 설치됨과 아울러 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 제 2 냉매순환펌프(242)와, 냉방설비로부터 압축냉매식 냉동기(230)에 냉기를 순환 공급하는 제 3 냉매순환라인(243)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 냉매순환라인(241)은 냉수 (chilled water) 를 순환 시키는 간접냉각방식으로 할 수 있고, 제 3 냉매순환라인(243)은 압축가스 냉매가 직접 순환하는 직접냉각방식으로 할 수 있다.
제 2 및 제 3 냉매순환라인(241,243)은 냉방설비로서 AHU(11)에 함께 냉매를 공급할 수 있다. 이때, 냉매압축식 냉동기(230)가 직접 냉각방식인 경우 한 개의 냉동기에 한 개의 AHU(11)가 연결될 수 있다. 냉매압축식 냉동기(230)를 직접 냉각방식을 적용시에는 한 개의 냉동기에 한 개의 AHU(11)가 연결되며, 이 경우 AHU(11)의 쿨러 섹션(cooler section)을 2개로 나누어, 흡수식 냉동기(220)에서 오는 냉수(chilled water)용 하나를 직접 냉각방식용으로 사용할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템에 의하면, 흡수식 냉동기(120,220)와 냉매압축식 냉동기(130,230)를 조합하여 사용함으로써, 에너지를 절감하면서 선박에서 요구되어지는 안정적인 냉방부하를 얻을 수 있다.
또한, 메인엔진(21)이나 발전기엔진(22)을 운전 시 불가피하게 발생하는 폐열원을 회수하여 흡수식 냉동기(120,220)를 구동하므로 에너지 소모 및 연료 소모량이 줄어서 이산화탄소 발생량도 줄일 수 있고, 흡수식 냉동기(120,220)와 냉매압축식 냉동기(130,230)의 장단점을 서로 보완할 수 있고, 이로 인해 선박의 운항 특성상 페열이 많이 발생하는 모드에서는 흡수식 냉동기(120,220)를 구동하고, 폐열이 없는 모드에서는 냉매압축식 냉동기(130,230)를 구동하게 된다. 또한, 항상 메인 냉동기로서 흡수식 냉동기(120,220)를 먼저 구동하고, 부족한 냉방 부하는 냉매압축식 냉동기(130,230)을 구동하여 보충하게 된다.
또한, 냉매압축식 냉동기(130,230)를 대기 개념으로 가지고 있기 때문에 흡수식 냉동기(120,220)의 부하변동에 쉽게 대처할 수 있으며, 육상 전력을 사용하는 경우는 냉매압축식 냉동기(130,230)만으로도 원하는 냉방 부하를 얻을 수 있다.
본 발명은 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 냉방설비 11 : AHU
12 : 팬코일유닛 21 : 메인엔진
22 : 발전기엔진 23 : 배기라인
110,210 : 폐열흡수부 111 : 열교환기
112 : 열매순환라인 113 : 열매순환펌프
120,220 : 흡수식 냉동기 130,230 : 냉매압축식 냉동기
140,240 : 냉매순환부 141 : 제 1 냉매순환라인
142 : 제 1 냉매순환펌프 150,250 : 제어부
241 : 제 2 냉매순환라인 242 : 제 2 냉매순환펌프
243 : 제 3 냉매순환라인

Claims (7)

  1. 선박의 에어 컨디셔닝 시스템에 있어서,
    상기 선박에서 발생하는 배기가스로부터 열을 흡수하여 열매를 순환 공급하는 폐열흡수부;
    상기 폐열흡수부로부터 열매를 순환 공급받아 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기;
    냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기; 및
    상기 흡수식 냉동기 및 상기 냉매압축식 냉동기에 의해 냉각되는 냉매를 냉방설비로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하는 냉매순환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 폐열흡수부는,
    엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기라인에 설치되는 열교환기;
    상기 열교환기에 배기가스와의 열교환을 위한 열매를 순환 공급하고, 열교환을 마친 열매를 상기 흡수식 냉동기에 순환 공급하는 열매순환라인; 및
    상기 열매순환라인에 설치되고, 열매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 열매순환펌프
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉방설비로부터 냉매를 상기 흡수식 냉동기와 상기 냉매압축식 냉동기에 각각 공급하고, 상기 흡수식 냉동기와 상기 냉매압축식 냉동기를 순환한 냉매를 상기 냉방설비에 공급하는 제 1 냉매순환라인; 및
    상기 제 1 냉매순환라인에 설치되고, 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 제 1 냉매순환펌프
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉방설비로부터 상기 흡수식 냉동기에 냉매를 순환 공급하는 제 2 냉매순환라인;
    상기 제 2 냉매순환라인에 설치되고, 냉매의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 제 2 냉매순환펌프; 및
    상기 냉방설비로부터 상기 압축냉매식 냉동기에 냉기를 순환 공급하는 제 3 냉매순환라인
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 냉방 요구시 상기 흡수식 냉동기를 우선적으로 동작시키고, 상기 흡수식 냉동기로는 요구되는 수준의 냉방을 만족시키지 못할 경우, 상기 흡수식 냉동기와 함께 상기 냉매압축식 냉동기를 함께 동작시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제어부는,
    육상 전력이 공급될 경우 냉방 요구시 상기 냉매압축식 냉동기를 우선적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
  7. 선박의 에어 컨디셔닝 시스템에 있어서,
    상기 선박의 폐열을 이용하여 냉방에 필요한 에너지를 얻는 흡수식 냉동기;
    냉동사이클에 의해 냉방에 필요한 에너지를 얻는 냉매압축식 냉동기를 포함하고,
    상기 흡수식 냉동기 및 상기 냉매압축식 냉동기에 의해 냉각되는 냉매를 냉매순환부에 의해 냉방설비로 순환 공급하여 냉방이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 선박의 하이브리드 에어 컨디셔닝 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111520841A (zh) * 2020-03-30 2020-08-11 国网天津市电力公司电力科学研究院 基于高效低碳排放准则的冷热电三联供系统调控策略

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