Combined solar and ground source heat pump heating system with a latent heat storage tank as a sustainable system to replace an oilfield hot water station

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作者
Dong Li,Zezhao Wang,Yangyang Wu,Nansong Yu,Xuefeng Zhao,Lan Meng,Müslüm Arıcı
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:307: 132726-132726 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.energy.2024.132726
摘要

Present study focuses on a clean energy replacement for an oilfield hot water station and develops a combined solar and ground source heat pump (GSHP) heating system with a latent heat storage tank (LHST). The effects of LHST and heat replenishment on energy and coefficient of performance (COP) are quantitatively analyzed during short-term or long-term operation of the system. The suitability of three different phase change materials for the system is compared, and the optimal one is identified. Results show that the LHST with 70 °C melting point can increase the collector efficiency to 53.91 % and reduce the total energy consumption of the system by 52344 kWh. Heat replenishment could effectively mitigate the ground temperature drop to 0.19 °C/year, reducing the annual energy consumption of GSHP by more than 4230 kWh and providing an additional thermal energy of 72 GJ. Compared to the initial heating system, the novel system efficiency increases to 51.25 %. Gas consumption and total system energy consumption decreased by 81.7 % and 75.2 %, respectively. Annual reduction of CO 2 emission is about 1150 tons, showing satisfactory performance. Outcomes of this study prove the application of clean energy in oil field industrial processes, and help in achieving the goals of emission reduction and carbon neutrality. • Designed a new combined heating system of solar energy and ground source heat pump for an oilfield hot water station. • Effects of latent heat storage tank and soil heat replenishment on temperature and performance of the system. • Selection of the optimal melting temperature for phase change materials. • Improvement of the annual average COP to 7.49 and of efficiency of the system to 51 %.
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