不同温差发电循环流程系统的热经济分析

采用模拟的方法,对朗肯循环、卡琳娜循环和上原循环建模,在不同热源温度环境下,分析不同循环流程热效率η和平准化度电成本C_LCOE的差异;同时,通过对循环蒸发温度和透平入口压力进行分析,探究其在不同循环流程中对热经济性能的影响。研究结果表明,卡琳娜循环在各热源温度下均有较高的热效率,但经济指标表现不佳;低温热源环境,纯氨工质朗肯循环在同等条件下C_LCOE最低,在设计时,朗肯循环应选用饱和蒸汽状态,尽可能增加透平入口压力,减小蒸发过热度;高温热源环境,上原循环C_LCOE最低,卡琳娜循环和上原循环C_LCOE极小值与热效率极大值对应的透平入口压力存在偏差,按最小C_LCOE标准可获得更高的发电量和更低的设备成本。因此,在流程设计时,需考虑不同循环在各热源环境中的热经济性能。     

海洋温差能发电循环系统热力学分析

对海洋温差发电朗肯循环系统进行分析,分别研究蒸发压力、氨水浓度、冷热海水温度等参数对系统热效率和?效率的影响,对比分析纯氨和二氟一氯甲烷工质系统热效率和?效率,为海洋温差能开发及商业级发电系统研建提供技术支撑。结果表明:系统热效率和?效率与密切相关,氨水浓度的影响较小;纯氨质量流量远小于二氟一氯甲烷,且其热效率和?效率均大于二氟一氯甲烷系统,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。     

一种新型高效海洋温差能热力循环性能研究

为提高海洋温差能发电循环效率,提出一种带有2条回热支路的新型高效海洋温差能热力循环系统,基于热力学第一定律建立新循环系统数值计算模型对其进行理论数值研究.研究分析工质浓度、透平进口压力和海水温度对循环性能的影响.研究结果表明:随工质浓度的增加,循环系统热效率和系统净输出功均先增大后减小;随透平进口压力的增加,循环热效率...     

海洋温差发电系统热力学及热经济性分析

以热力学基本原理为基础,建立了海洋温差发电系统仿真模型,对比分析了亚临界状态下R717、R134a和R600三种工质系统在约束蒸发器窄点温差条件下优化目标函数随蒸发温度的变化规律。结果表明:蒸发温度越高,不同系统换热器的热负荷以及冷、热海水泵功率越小,最佳蒸发压力和工质泵功率越大;不同系统的热效率和单位换热面积输出电量与蒸发温度的相关性较大,随蒸发温度的增加近似线性递增。蒸发器的换热面积与循环工质种类的相关性较小,但冷凝器的换热面积与循环工质种类的相关性较大。R717循环更接近于卡诺循环,R717的系统热效率最大,热负荷及泵功率最小,且其热经济性目标函数值在合适的范围内,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。研究结果可为海洋温差发电系统的设计、试验及设备选型提供理论参考。     

太阳能与燃煤机组混合发电系统的热经济性分析

以某型300 MW机组为例,利用抛物面槽式集热器收集太阳能热量,提出7种太阳能与燃煤机组集成方案,并定义太阳能加热给水与燃煤机组混合发电系统的循环效率、太阳能热电转换率等评价指标,应用变热量等效焓降法计算理论,对原机组及不同集成方案进行热经济性能分析。结果表明:太阳能与回热系统混合发电,既能增加发电量,提高太阳能热电效率,又能降低纯太阳能发电投资成本,其代价是混合发电系统的热效率将下降;给出的所有集成方案中,取代1段抽汽方案产生的额外电能和太阳能热电转换率最大,标煤耗率和热耗率最小,为最佳混合方案。     

改进型Kalina海洋温差能发电循环模型的建立及热力性能分析

文章以引入太阳能为辅热的海洋温差发电Kalina循环为基础,利用引射器对循环系统进行改进。对改进型Kalina循环系统的汽轮机进、出口压力和冷、热源温度进行分析,探究其对改进型Kalina循环系统的发电功率及热效率的影响。研究结果表明:改进后的Kalina循环具有较大的优越性,相比原Kalina循环,发电量增加了9%;系统的热效率随汽轮机入口压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,并且热效率最大值可以达到9.45%;当热源温度较低时,较低的汽轮机入口压力会得到较高的热效率;当热源温度较高时,较高的汽轮机入口压力会得到较高的热效率。     

夹点温差对sCO2再压缩循环性能及经济性的影响

以超临界CO₂再压缩布雷顿循环发电系统为对象,研究了低温回热器夹点温差ΔT_{p, LTR}和高温回热器夹点温差ΔT_{p, HTR}对循环性能和经济性的影响,并基于循环系统各部件的热功分布和■损分布分析了夹点温差对循环性能和经济性产生影响的原因。结果表明：与ΔT_{p, HTR}变化相比,循环热效率η_th和■效率η_exe对ΔT_{p, LTR}的变化更敏感;回热器总换热面积与循环性能对ΔT_{p, LTR}和ΔT_{p, HTR}的敏感性相似;在指定循环热效率下均存在ΔT_{p, LTR}与ΔT_{p, HTR}的最佳匹配,使回热器总换热面积最小。     

盐梯度太阳池Kalina循环发电系统性能研究

Kalina循环发电系统是一种典型的低温热源发电系统,具有广阔的应用前景。盐梯度太阳池能够实现连续聚热和跨季节蓄热,可广泛应用于光热发电系统和光热供热系统。文章提出了一种以太阳池储热量为热源的盐梯度太阳池Kalina循环发电系统,并利用Aspen Hysys软件对该系统进行建模。而后根据模拟结果,研究了提热温度、运行压力和氨水浓度对该系统各项性能的影响。此外,还分析了典型工况下,该系统的热力性能。分析结果表明:随着提热温度逐渐升高,盐梯度太阳池Kalina循环发电系统的发电功率、热效率和效率均逐渐增加;随着运行压力逐渐升高,该系统的热效率和效率逐渐升高,并且存在最佳的运行压力1.75 MPa,使得该系统获得最大发电功率;随着氨水浓度逐渐增大,该系统的发电功率也会逐渐增大,但热效率和效率却逐渐降低;当氨水浓度为85%、运行压力为1.75 MPa、提热温度为90℃时,该系统的热效率和效率分别为7.93%,57.59%。     

低品位热能超临界有机朗肯循环发电特性分析

利用超临界有机朗肯循环(ORC)发电系统回收温度低于150℃的低品位热能,对超临界工况的3个关键问题:工质选择、加热过程和系统性能进行了分析.结果表明:对于适合超临界ORC发电系统的工质,临界温度相对较高的工质的系统循环热效率较高,膨胀机入口压力和冷凝压力较低,临界温度相对较低的工质的循环热效率较低,但能量利用率较高,膨胀机入口压力和冷凝压力较高;超临界加热器中较高的换热压力和较低的膨胀机入口温度能使热源与工质有更好的热匹配;在热源进口温度和最小换热温差的限制下,存在最佳膨胀机入口温度和膨胀机入口压力,使得系统循环热效率最高.     

亚临界有机朗肯循环系统的热经济分析与优化

以系统发电成本(electricity production cost,EPC)为评价指标,对用于回收工业锅炉烟气余热的有机朗肯循环(ORC)系统进行了热经济分析与优化。结果表明,随着蒸发器和冷凝器节点温差的增大,系统发电成本先减小、再增大,即存在一组最优的蒸发器和冷凝器节点温差使发电成本最小。分别以纯工质R245fa和R236ea、非共沸混合工质R141b/RC318和乙烷/丁烷为循环工质,得到了最小发电成本时有机朗肯循环系统的最优工作参数,以及对应的系统净输出功、热效率和火用效率。     

海洋温差能发电研究现状及展望

阐述海洋温差能发电OTEC(ocean thermal energy conversion)技术的发展历程,分析国内外海洋温差能发电技术的难点和研究热点。重点介绍了闭式循环系统、开式循环系统、卡琳娜循环系统、上原循环系统、国海循环系统等典型温差能发电循环系统的工作原理及装置特点,指出了海洋温差能发电系统今后的研究热点和发展方向。     

低温余热有机朗肯循环发电系统热经济性分析

针对工业中排放的低温烟气,建立有机朗肯循环发电系统的热经济分析模型,分析蒸发压力、热源温度及蒸发器最小传热温差对系统经济性能的影响。分析结果表明:热源温度为140℃,循环采用R123的经济性最佳,相应的发电成本与动态投资回收期分别为0.142元(/kW.h)与3.68年。余热发电系统存在一个经济性最高的蒸发压力,不同工质对应的最佳蒸发压力也不同。蒸发器内最小传热温差为15℃时,系统的经济性较好。烟气温度在100～180℃时,系统采用R123的投资回收期最短,而烟气温度高于180℃时,R141b的经济性更高;不宜采用有机朗肯循环发电技术回收温度低于100℃的低温烟气。     

ORC发电系统变热源温度实验研究

为研究有机朗肯循环(ORC)热源温度变化引起的循环热效率、(火用)效率、发电效率等性能的变化情况,搭建以R245fa为循环工质的ORC发电系统实验平台。实验结果表明:热源温度的提高使循环蒸发压力、冷凝压力升高,膨胀机入口温度、压力升高,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、(火用)效率、发电效率均增大;在冷源温度为12℃,工质流量保持恒定的情况下,热源温度从87.5℃上升至108.1℃时,循环热效率由4.1%提升到7.1%,系统(火用)效率由17.2%提升到30.0%,系统发电效率由4.1%提升到7.3%。     

超临界二氧化碳布雷顿/有机朗肯循环联合系统的热力学特性

针对再压缩式超临界二氧化碳布雷顿发电循环(S-CO_2),将有机朗肯循环(ORC)作为底循环用于回收系统余热,建立了S-CO_2/ORC联合循环。采用Aspen Plus建立分析模型,根据顶循环余热温度范围和安全环保要求,选取R245fa作为ORC系统工质,分析透平进口温度、透平进口压力及分流比对循环效率的影响,并通过分析耗能设备的功率变化找到影响系统效率变化的因素。结果表明:通过顶循环低温余热的回收利用,系统热效率提高4%以上;增大透平进口温度可提高顶循环的热效率,但对底循环热效率的影响较小;随着顶循环透平进口压力的增大,顶循环热效率增加而底循环热效率下降;在透平入口温度680℃、入口压力280 MPa的条件下,存在最优的再压缩循环分流比0.66使得联合循环热效率最高;使用ORC底循环回收顶循环余热,最高可以将系统热效率从50.3%提高到53.7%,联合系统可以获得6.7%的效率提升。     

不同热源下布雷顿循环系统分析

与传统能源发电相比,超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环发电系统具有系统结构紧凑、循环效率高、安全性能较好等特点。采用Aspen Plus构建了不同热源下超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统及热力学模型,重点分析了分流比、透平进口温度及压力、主压缩机入口温度对循环效率的影响。根据参数工况设计三种不同热源布雷顿系统：以煤基为热源的系统采用分流再压缩再热布雷顿循环,主气温度640℃以下再热的设置会比无再热效率高,循环效率可达46.02%。发电效率和再压缩功率随分流比的增加而增加,而主压缩机的则下降。燃气系统采用再压缩循环,透平入口温度与压力的增加可使循环效率增加,循环效率最高可达43.01%。以压水堆为热源的船舰动力系统设计为分流再压缩再热循环。存在最佳分流比,循环效率为37.41%;透平入口压力的增加使循环效率的变化先增加后变缓。主压缩机入口温度的增加使循环效率逐渐下降。     

以R134a为工质的OTEC朗肯循环热力计算软件开发

以海洋温差热能转换(ocean thermal engergy conversion, OTEC)的热力循环为研究对象,为给循环分析提供方便准确的性能计算工具,采用Python程序设计语言,开发了OTEC朗肯循环热力计算软件。软件可以完成简单朗肯循环、再热朗肯循环、抽气回热朗肯循环等3种循环的热力计算,输出结果包括循环最高限制压力、冷凝压力、工质泵功、膨胀机功、蒸发器热负荷、冷凝器热负荷、循环净功以及循环热效率等朗肯循环性能参数。工质热力性质采用R134a的最新国际标准关联式,计算结果足够精确,在蒸发温度24.34℃、冷凝温度8.14℃,泵效率和透平效率均为1.0的工况下,与采用NIST提供的热物性数据进行循环计算结果对比表明,二者完全一致,循环热效率均为5.15%。软件可作为OTEC发电装置的热工设计参考,也可用于R134a工质的-103.15～426.85℃的亚临界朗肯循环、跨临界朗肯循环和超临界循环等领域的应用。     

基于分析的再热/抽气回热/内回热有机朗肯循环的优化

提出一种具有再热/抽气回热/内回热的联合有机朗肯循环(CRORC)系统。该系统以低温热能作为驱动热源,以R245fa为循环工质。基于分析,对CRORC系统进行了优化。蒸发器、冷凝器、膨胀机II是CRORC系统损失的主要来源,随着抽气压力及再热压力的升高,CRORC系统的效率呈现先增大后减小的趋势,并存在最佳抽气压力/再热压力组合,使系统效率最高。相对于基本回热/抽气回热以及抽气回热/内回热结合的有机朗肯循环,CRORC有更高的效率。     

CO2与R41跨临界朗肯循环低温发电系统比较分析

本文以R41为工质的跨临界朗肯循环低温发电系统进行了热力性能分析,并与CO_2跨临界发电系统进行比较,结果表明:R41和CO_2系统均存在一个最优进口压力使得热效率在相同的膨胀机进口温度下达到最大值,且膨胀机进口温度越高,对应的最优压力也越大。同热效率一样,系统均存在一个最优进口压力使得净功在相同的膨胀机进口温度下达到最大值,且R41系统比CO_2系统所作的最大净功平均提高52.6%,最优进口压力平均降低41.6%,系统火用效率平均提高24.8%。     

再压缩式超临界二氧化碳布雷顿循环的特性研究

为研究再压缩式S-CO_2布雷顿循环的性能,建立了该循环的分析模型,分析了主压缩机入口温度和压力、透平入口温度和压力、设备效率等对循环效率的影响,并阐述了其影响机理,对再压缩式S-CO_2布雷顿循环的最佳工况点进行了优化设计。结果表明:循环效率随透平入口温度和压力的提高而单调增大,随主压缩机入口温度的提高而单调减小;主压缩机存在一个使循环效率达到最高的最佳入口压力;循环效率与循环中各设备的效率有关,其中透平的等熵效率和高温回热器的传热效率对循环效率的影响最明显。     

海洋温差能发电热力循环技术进展

受传统化石能源日趋枯竭和环境污染的影响,海洋能作为一种清洁可再生能源得到了广泛关注。海洋温差能作为海洋能的重要组成部分,其储量和可转化电能巨大,且发电波动小、能量密度高,积极开发海洋温差能资源对实现科技兴海战略具有重要意义。海洋温差热力循环是海洋温差能开发利用的关键技术,其循环效率的高低直接决定了海洋温差发电系统的技术和经济性。本文综述了海洋温差能发电热力循环技术研究现状,对其基本原理及形式、热力循环构架、循环工质和热力学分析方法进行了详细阐述,并对海洋温差能发电热力循环技术进行了深入分析和展望。