超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望

超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点，未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环，实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度，总结了国内外研究进展。已有研究表明，目前已成功展示小型径流式透平S-CO₂循环系统，但CO₂泄漏等导致系统性能降低，大型轴流式透平系统可能不会出现小型系统类似问题。综述了我国在S-CO₂循环方面的研究进展。围绕大型S-CO₂燃煤发电系统能量传递转换机理及系统概念设计，提出了锅炉模块化设计，将锅炉压降降低到与水蒸气锅炉相当甚至更低的水平；提出了顶/底复合循环，彻底解决了锅炉烟气热量全温区吸收问题。建立了高温高压CO₂传热实验系统，获得了宽广参数范围内的实验数据，引入超临界类沸腾概念并提出超临界沸腾数及K数，获得了高精度预测超临界传热恶化及传热系数的广义关联式，提出了控制壁温的S-CO₂锅炉概念设计等。在此基础上，提出了需加强的研究方向，包括适合不同热源（核能、太阳能、化石能源）的S-CO₂循环构建，回热器、压气机及透平等关键部件设计及制造技术，关键部件及全系统的控制运行技术，以及不同功率等级的S-CO₂循环的示范系统等，为S-CO₂发电的商业应用奠定理论和技术基础。     

超临界二氧化碳布雷顿发电循环压缩机实验研究进展

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿发电循环(闭式循环)的核心部件。本文总结了国内外S-CO₂压缩机实验研究进展,包括主要测试平台及最新实验测试结果,重点关注不同功率等级的S-CO₂离心压缩机所采用的技术路线,从结构设计、气动性能以及相关运行测试问题等方面,对现有S-CO₂离心式压缩机实验研究中存在的共性与特殊性问题进行了总结与分析。此外,中国科学院工程热物理研究所完成了国内首次MW级S-CO₂闭式循环离心式压缩机多进口工况全载实验,最高实验转速32 000 r/min,质量流量约13 kg/s,总压比接近2.0,等熵效率82%。本文对该实验测试平台及相关实验研究进展进行了详细介绍。     

超临界二氧化碳向心透平研究进展

向心透平是超临界二氧化碳(S-CO₂)动力循环系统的核心设备,其性能的优劣对系统整体性能具有直接影响。首先从理论研究角度总结了国内外S-CO₂向心透平的损失模型、落后角模型、一维优化设计方法和气动性能的研究情况,然后从实验研究角度总结了美国、韩国、日本、中国等国家S-CO₂向心透平设备的相关研究进展。研究结果可为S-CO₂向心透平的设计研发提供参考。     

超临界二氧化碳布雷顿循环效率分析

以带回热的简单超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环为研究对象,详细阐述了循环效率的分析计算方法和过程,讨论了透平入口温度和压力、压缩机入口温度和压比、透平和压缩机效率、回热器效率、压损等因素对循环效率的影响。进一步对于再压缩循环的分析表明,再压缩循环可解决"夹点"问题,从而显著提高循环效率。     

超临界二氧化碳离心式压缩机研究进展

作为布雷顿循环的核心部件,超临界二氧化碳离心式压缩机结构紧凑、效率高,具有广阔的应用前景.基于此,本文介绍了超临界布雷顿循环和超临界二氧化碳压缩机的发展历程和背景意义,详细综述了目前超临界二氧化碳离心式压缩机在实验测试、数值模拟以及热力设计方面的研究成果及现状,并针对超临界二氧化碳离心式压缩机的特点,对其研究方向进行了...     

超临界二氧化碳布雷顿循环的透平旁路启动特性

针对正在建设中的低碳超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO₂)循环试验台，为制定试验台启动策略、研究系统启动过程动态特性，采用模块化建模方法建立循环系统的动态模型，设计具体的透平旁路启动控制策略。针对启动过程中的旁通切换，提出手动切换、自动切换以及考虑冲转的旁通自动切换3种策略。研究表明：采用手动切换时，可以较好的控制加热器出口压力、压缩机流量的波动，但是压缩机进口压力变化较为明显，透平转速控制效果较差；采用自动控制旁路切换则不需要预设切换时的阀门对应开度，同时比较有效地控制压力、流量等参数波动；在考虑透平冲转时，采用自动切换控制，加热器出口压力最大相对变化量约为5.7%，压缩机流量最大相对变化量约为16%。采用提出的考虑冲转的透平旁路自动切换的启动策略，启动过程中参数变化平稳可控，可为后续试验台调试运行提供一定参考。     

超临界二氧化碳闭式布雷顿循环离心压缩机试验研究EI北大核心CSCD

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环系统是一种具有广阔应用前景的新型能源动力系统。S-CO_(2)压缩机是S-CO_(2)布雷顿循环系统的核心部件,对系统运行具有重要影响。该文设计S-CO_(2)离心式压缩机,建设百kW级S-CO_(2)压缩机性能试验系统,开展压缩机进口CO_(2)超临界态建立试验、不同转速下的压缩机性能试验和压缩机进口状态控制试验。试验结果表明:压缩机可实现最高转速(40000r/min)、宽工况、超临界态运行,试验最高压比达到1.34;较好地实现压缩机进口状态的稳定性控制,当转速为9000和20000r/min时,进口压力波动小于0.12MPa,进口温度波动小于1℃。试验结果对S-CO_(2)压缩机设计及S-CO_(2)布雷顿循环系统级控制策略研究具有重要意义。     

超临界二氧化碳部分冷却布雷顿循环参数优化

针对一级再热超临界二氧化碳部分冷却布雷顿循环建立循环热力学模型,分析循环关键参数对循环热效率的影响。结果表明:最佳再热压力的最佳值约为第一级透平的0.5倍;在给定条件下,使压缩机入口参数接近于临界值、减小夹点温差、提高透平入口温度、提高压缩机效率和透平效率都可以提高循环热效率;透平效率对循环热效率的影响大于压缩机效率对循环热效率的影响。     

超临界二氧化碳闭式布雷顿循环特点与应用

以超临界二氧化碳闭式布雷顿循环为研究对象,分析该循环方式的工质特性、循环特点及优势,表明超临界二氧化碳闭式布雷顿循环在燃煤电站、核能发电、聚光式太阳能发电及余热利用等领域应用前景广阔。     

超临界二氧化碳压缩测试系统动态模型

建立超临界二氧化碳（S-CO2）压缩测试系统的动态仿真模型对于系统设计、系统性能预测以及控制策略的建立具有重大意义。首先,考虑冷却器和管道的时滞效应,建立了冷却器、压缩机和节流阀等部件的热力学模型,并结合系统焓方程形成系统动态仿真模型,并验证了模型的静态与动态精确性。在此基础上,研究了某350 kW S-CO2压缩测试系统对节流阀开度扰动的动态响应特性。结果显示:在节流阀开度增大过程中,压缩机进口温度几乎不变,压比降低,压缩机效率与输出功率先增大后减小,稳定后压缩机效率略有增大、输出功率几乎不变;在节流阀开度线性增大时,回路流量和压缩机进口温度存在最大调节量,二者均与节流阀开度变化率呈近似线性关系;在压缩机前增设300 L缓冲罐将使系统稳定时压缩机流量、压比和效率等参数出现偏移,但不影响压比和效率等参数在节流阀开度调节过程中的变化趋势,增强了压缩机对节流阀开度扰动的鲁棒性。     

超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环多目标优化

建立超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环多目标优化模型,研究分流系数、循环压比、主压缩机吸气压力和膨胀机入口温度对系统性能的影响规律,并进行综合评价.结果表明:随着分流系数的增大,多目标函数先增大后减小,同时分流系数具有最优值;随着主压缩机吸气压力的增加,多目标函数和系统热效率均降低;膨胀机入口温度越高,多目标函数越小;4个...     

超临界CO2流体中的直流放电特性

为了解超临界状态下二氧化碳的直流放电特性,采用间距为200μm的点板形电极(其点电极尖端的曲率半径为35μm),实验研究了二氧化碳从气态、液态到超临界状态下的直流放电行为。研究表明二氧化碳在直流电场下的击穿特性随着温度和压力的变化而变化,在不同形态下击穿电压的增长速率是不一样的。由于液态中存在气泡触发效应,所以它的击穿过程与气体状态比较类似,而在超临界状态中击穿电压的增长速率较低,可能与超临界状态下的奇异特性相关。     

超临界二氧化碳动力循环中印刷电路板换热器芯体机械应力和热应力耦合分析

超临界二氧化碳动力循环中印刷电路板换热器所处的高温高压工况可能导致芯体材料失效和结构破坏，有必要进行应力分析以优化通道结构，保证系统长期安全稳定运行。该文利用有限元方法对印刷电路板换热器芯体热冷通道特定路径的热应力、机械应力和总应力进行分析，比较487.6～537.1℃范围内的热应力，分析半圆通道尖角圆弧半径对应力变化的影响。结果表明：芯体所受应力是工质压力和温度梯度共同作用的结果，冷通道的总应力大于热通道；芯体半圆截面通道尖角的存在导致应力集中，半圆弧中间位置因温度梯度较大产生较大热应力；增大芯体半圆截面尖角圆弧半径能有效减小应力集中处的机械应力和热应力，且机械应力减小幅度更大。最后，指出在通道结构设计时应注意改善尖角处的应力集中，并控制蚀刻深度，相同当量直径下采用圆截面的通道最大热应力、最大机械应力和最大总应力都有大幅的减小。     

风电企业全寿命周期成本研究

风力发电是我国新能源战略的重要组成部分。降低风电企业全寿命周期成本关系风电企业经济效益的提高及风电产业的长远发展。从全寿命周期的视角建立了风电企业设计、施工建造、运行、维护、废弃等各个重要阶段的成本模型,并以华能东营河口风电场一期工程为例进行了全寿命周期成本分析,为相关政策制定及企业管理提出建议。     

二氧化碳动力循环在太阳能热利用的应用分析

在太阳能热利用领域,以二氧化碳为工质的动力循环主要有跨临界朗肯循环和超临界布雷顿循环。在太阳能集热器温度为200~1000℃和二氧化碳工质压力在10~40 MPa的范围内,采用MATLAB软件编程,计算和比较这两种循环的热效率。在较高温度下,随工质压力升高,两种循环热效率均增大;但在较低温度下,两种循环热效率的变化却相反;并且在一定温度以上,超临界布雷顿循环热效率总是高于跨临界朗肯循环。通过拟合得到两种循环热效率相等的关联式。结合实际条件,太阳能集热器温度为350℃以上时应采用超临界布雷顿循环;而在350℃以下,宜采用跨临界朗肯循环。     

计及全生命周期碳成本的园区综合能源系统优化规划方法

建立综合能源系统是实现“双碳”目标的有效途径之一,其规划、建设及运行需要兼顾经济成本与低碳效益。为了全面评估综合能源系统的综合效益,提出一种将能源和设备在生产制造、运输、运行等全生命周期过程中的碳排放成本纳入优化目标的规划方法。对某园区综合能源系统进行逐时仿真优化,通过分析不同碳成本情景对综合能源系统综合效益的最优配置和运行方案的影响,为综合能源系统的设计规划提供一定参考。     

基于全寿命周期成本的电力变压器选型方法研究

简要介绍了全寿命周期成本LCC(Life Cycle Cost)的分析方法和电力变压器选型的特点,根据IEC60300-3-3标准,以LCC理论为基础,建立了电力变压器的LCC分析计算模型.通过工程算例的详细方案比较,说明该模型在电力变压器选型决策分析中的应用,进而得出降低电力变压器LCC的可行性方法,即选择节能型电力变压器和实行状态检修.     

电力设备全寿命周期成本中故障成本的估算

针对全寿命周期成本中故障成本难预测的问题,根据电力设备累积失效概率符合威布尔(Weibull)模型的特点,运用最小二乘法对Weibull模型参数进行估计,计算出设备的期望寿命,从而建立故障成本估算模型。通过比较分析不可修复设备和可修复设备故障成本的计算方式,针对可修复设备平均寿命的特殊性,引进等劣化理论来揭示可修复设备平均寿命之间的关系,并计算出可修复设备的故障成本。算例验证了该方法的有效性。     

基于LCC理论的电网技改项目准入模型研究

针对目前普遍存在的电力设备技改频繁、资产报废净值率偏高这一现象,建立基于设备可靠性和全生命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)理论的技改项目准入优选模型,提升技改项目决策水平,降低资产报废净值率.在基本全生命周期成本模型基础上,考虑生产厂家、故障概率计算方式对LCC和项目决策的影响,对模型进行优化.选用断路器设备进行算例分析,分析结果和试点应用均表明,该优选模型能提升技改修理项目决策的科学性和项目实施的经济性,且该模型可操作性高.     

垢中二氧化碳测定方法研究

以碳酸盐垢中二氧化碳的酸碱滴定法为依据,研究了样品细度和质量、指示剂和磷硅干扰等因素对该法的影响,确定了方法的实验条件,并用于不含磷酸盐或硅酸盐标准物和样品的测定,准确度和精密度均较高.但是磷酸盐和硅酸盐干扰严重.对含磷硅的样品,宜采用气体吸收重量法测定.研究表明,以GB/T 218煤中二氧化碳测定方法为依据,对方法中...