基于有机朗肯循环及液化压缩空气储能的新型耦合发电系统研究

有机朗肯循环发电系统中较低的冷凝温度能够十分显著提高系统性能，通过综合考虑低冷凝温度的应用场景并结合当今能源利用情况，建立了有机朗肯循环发电、液化天然气汽化、液化压缩空气储能3个子系统的耦合发电系统，该耦合发电系统降低了传统有机朗肯循环系统中冷凝温度下限，提高了有机朗肯循环系统发电效率和压缩空气储能系统储能效率。通过对该耦合系统建立热力学模型，并对其进行热力学分析表明，在所设定参数下，该耦合系统综合电-电转化率高达81.8%,较传统压缩空气储能系统效率显著提升。     

地热能有机朗肯循环发电系统性能分析

针对中低温地热能发电,建立基于蒸发器夹点温差位置的有机朗肯循环(ORC)系统性能分析模型。以R245fa、R290和R600a工质为例,计算并分析了在不同蒸发器热源侧出口温度下,系统输出功率、单位面积的输出功率、蒸发压力、热效率和火用效率随蒸发器热源侧出口温度的变化规律,以及不同工质的最佳运行工况。研究结果表明:随着热源出口水温的升高,存在一个最佳蒸发器热源侧出口温度,使得循环的输出功率和有回热装置时的单位面积输出功率最大;对于≤135℃的地热能,更适用于亚临界ORC;回热器的加入可增加系统循环效率,但其对循环最优蒸发压力几乎无影响。     

太阳能驱动的氢-冷-热-电综合能源系统性能分析

基于可再生能源的综合能源系统具有清洁低碳与安全高效的特点。提出一种以抛物面槽式太阳能集热器驱动的综合能源系统,该系统包括质子交换膜电解池、有机朗肯循环和吸收式制冷子系统。根据能量梯级利用原理和热力学分析理论,建立综合能源系统的稳态数学模型,分析热力参数变化对系统性能的影响规律。结果表明,在设计条件下,质子交换膜电解槽制氢效率、有机朗肯循环发电效率和吸收式制冷效率分别为58.65%、12.20%、36.93%,制氢功冷联供总效率为55.58%。系统总效率随着涡轮机入口温度升高先增加后减少;随着发生器出口温度升高而增加。另外,增加工作压力和膜厚度会导致电解槽电压升高和电解槽效率下降。研究结果可为以抛物面槽式太阳能集热器驱动的多联供系统的建立和评价提供参考。     

超临界二氧化碳600 MW燃煤发电系统热力学性能仿真研究

本文采用Ebsilon软件对超临界二氧化碳布雷顿循环600 MW燃煤发电系统进行仿真研究,分析该系统主压缩机入口/出口压力、再热透平入口压力、压缩分流系数以及主/再热气温对其热力学性能的影响。研究结果表明:系统发电功率和循环效率随主/再热气温的提升而升高;主压缩机入口和出口压力存在最佳值;系统循环效率受压缩分流系数的影响较大,压缩机的总耗功量随压缩分流系数的升高而增大,导致系统发电功率降低;再热透平入口压力对系统循环效率影响较小。通过遗传算法对发电系统多参数进行优化可得,当主压缩机入口及出口压力分别为7.94、30.94 MPa,再热透平入口压力和压缩分流系数分别为17.88 MPa和0.30时,系统循环效率最高可达48.89%。     

基于LNG冷能利用的高温质子交换膜燃料电池多联供系统性能研究

提出了一种基于液化天然气（LNG）冷能利用的新型多联供系统，该新系统包括高温质子交换膜燃料电池、跨临界有机朗肯循环和液化天然气冷能利用子系统。建立了多联供系统的数学模型，分析了参数变化对系统性能的影响。研究结果表明:在本研究设计工况下，高温质子交换膜燃料电池系统和跨临界有机朗肯循环系统的发电效率分别为31.51%和23.45%；新型多联供系统总能利用效率为40.75%，?效率为31.93%；多联供系统?损最大的部件为高温质子交换膜燃料电池，达到了52.8%；多联供系统总能利用效率和?效率随着高温质子交换膜燃料电池工作温度的增加而增加，随着氢气质量流量的增加和跨临界有机朗肯循环低压的增加而减少。     

低温再热式有机朗肯循环的参数优化

以R601和R245ca作为循环工质,根据热力学第一定律和第二定律,研究了再热压力比对低温再热式有机朗肯循环(ORC)系统的影响.通过MATLAB和REF-PROP软件编程计算,以系统净功量为目标函数,确定系统的最佳再热压力比.分析结果表明,随着蒸发温度的升高,再热压力比逐渐减小,净功量逐渐增加,热效率逐渐升高,(火用)效率逐渐减小,净功量的增加幅度大于热效率.在实际应用中,应根据工质及蒸发温度确定最佳参数,从而确定再热式有机朗肯循环的最大净功量.     

地热源非共沸工质有机朗肯循环发电性能分析

建立有机朗肯循环热力学模型和蒸发器传热模型;基于工质的实验经验状态方程,利用REFPROP 8.0软件获得非共沸工质物性;以获得最佳的凝汽器温度匹配为原则选择工质。采用种温度的地热能,在给定的蒸发器和凝汽器夹点温差下,分析了采用组分比例为0.64：0.36的R600a/R601非共沸工质的有机朗肯循环发电系统的特性,并与R601纯工质发电循环进行了比较。结果表明：以对外输出功为目标函数的利用地热的中低温有机朗肯循环发电系统中不宜加入回热器;对于蒸发器热源进出口温差较小的工况,如热源来自水蒸气凝结放热,采用混合工质的循环的性能不如纯工质的;有机朗肯循环采用混合工质时其最大对外输出功要高于纯工质的,且热源温度越低时,这种优势越明显。     

地热发电技术及其关键影响因素综述

为促进中国地热发电的大规模发展,收集、整理了我国的地热资源数据,总结了我国地热资源的特点和地热发电的相关政策及发展现状,综述了水蒸气朗肯循环、闪蒸循环、有机朗肯循环、卡林那循环和全流发电系统五种典型的地热发电技术,探究并总结了影响地热发电利用的关键因素。我国的地热资源是以150 ℃以下的中低温地热为主,有机朗肯循环和卡林那循环在地热发电领域有更大的发展空间;地热的温度越高、流量越大、干度越高、水质条件越好,当地的环境气温越低、成井率越高,地热发电的开发潜力越大;丰沛的水资源及高的上网电价和投资补贴也有利于地热发电行业的发展壮大。     

深冷液化空气储能系统的优化与方案设计

根据深冷液化空气储能系统各个环节的数学模型,对系统各个环节进行热力学分析和参数的优化研究,选择4级压缩机组和4级膨胀机组分别作为系统的储能环节和释能环节,并由液化环节确定了系统的最佳储能压力和释能压力分别为1.5×10~4k Pa和7.1×10~3k Pa。根据优化分析结果建立了10MW深冷液化空气储能系统设计方案,并对该设计系统进行热力学研究,分析结果表明,系统压缩机组和膨胀机组的绝热效率每增加5%,循环效率平均增加5.5%,空气流量平均减少0.99kg/s,由此可以得出,在保持深冷液化空气储能系统额定功率不变的条件下的,随着机组绝热效率的增加,系统的循环效率逐渐提高,膨胀做功的空气流量逐渐减少,更加有利于系统利用更少的空气存储更多的电能。     

带有相变储能换热器的朗肯循环系统研究

提出一种带有相变储能换热器的朗肯循环系统,可用于风能、太阳能等资源过剩的地区。该系统的特点是利用相变储能换热器充当系统蒸发换热器,减小热源和工质的传热平均温差,减小系统火用损。以中低温地热水为热源驱动的有机朗肯循环为例,选取R245fa为工质,计算结果表明:相变储能换热器所在回路的火用损减小17.58%,且地热水所需质量流量仅为原来的40.33%,所需泵功减小。通过改变工质出口温度、过热度及夹点温差,研究地热水质量流量、出口温度及火用损的变化规律,结果表明:相变储能换热器所在回路的质量流量、火用损都变小,减小系统泵功损耗以及提高系统的火用效率。     

微能源网多能源耦合枢纽的模型搭建与优化

多能源耦合枢纽作为微能源网的核心部件,其系统模型的准确性将影响微能源网的运行效率。文中针对一种包含太阳能和风能发电系统、储能系统、有机朗肯循环系统、传统冷热电三联供系统的多能源耦合枢纽,综合考虑负荷需求、价格因素和环境因素,以系统运行成本、一次能源消耗量和碳排放量最小化为目标,建立了微能源网中多能源互补的多目标优化模型;采用粒子群算法对发电机和储能的运行策略进行求解,得到最优目标。最后,与微电网进行对比分析,验证了多能耦合系统在提高能源利用率和减少碳排放方面的优势。     

单工质低温余热发电循环性能分析

为了提高能源利用的高效性和经济性,推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型,并用Matlab软件进行编程,调用NIST Refprop数据库,选取六氟丙烷作为循环工质,模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上,分别采用换热面积和CO₂年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时,在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时,热源温度提高会使经济性能大幅度降低,而系统的热力性能和环保性能有所提高,综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃;当系统各性能分别保证最佳时,蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化,但始终不超过3350 kPa。     

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。     

先进压缩空气储能系统的余热回收和利用

压缩空气储能是现阶段快速发展的一种储能技术,能够实现能量的储存和释放.在系统运行过程中,为了避免热量损耗,提出一种回收利用系统排气和换热工质余热的方法,在原余热回收系统基础上添加低膨胀比膨胀机,系统排气通过换热器吸收工质余热,进入膨胀机做功,增加膨胀机组输出功率并提升系统效率.利用Aspen Plus软件建立稳态工况下...     

实现压气式蓄能发电提高联合循环电站输出功率

介绍了联合循环发电设备实现压气式蓄能发电的结构特点(包括压气蓄能发电系统、联合循环压气蓄能发电系统和高压双机联合循环压气蓄能发电系统)和贮气空调类型;分析了压气式蓄能发电的经济效益。介绍了当前国际上对此类蓄能发电开发利用的情况。对我国开发压气式蓄能发电提出了建议。     

低温地热水有机朗肯循环发电工质的优化

有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)是利用地热发电的重要途径之一,而有机工质的物性是影响ORC发电效率的主要因素。针对地热水的特点,筛选了R134a、R245fa等6种有机工质,并对每种工质的余热发电系统进行计算。从系统的热效率、不可逆损失、压力水平及环保性等方面综合分析,得出R245fa是低温地热水ORC发电系统比较适合的有机工质。     

基于有机朗肯循环系统的分布式多能源交易机制

分布式可再生能源发电的发展可使传统电力用户也可以成为电力提供方, 即所谓的电力产消者(Prosumer)。电力产消者可通过电力交易获利。除电力外,天然气和热能也是需求侧广泛采用的能源形式。随着能源转换技术的快速发展和商业化,如有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）、电转气技术以及多种能源形式间的转换和分布式交易成为提高终端用能效率和社会效益的可行途径。在此背景下,文章研究产消者通过ORC系统进行分布式多能源交易的机制。首先,给出一种包含ORC系统的能源中心架构,建立ORC系统的稳态数学模型。然后,介绍传统的集中式交易模型,并根据在交易过程中是否包含可信赖的第三方机构,提出两种可行的分布式交易机制。基于所提出的分布式交易机制构建了交易优化模型,并采用交替方向乘子法 (alternating direction method of multipliers, ADMM) 进行分布式优化。最后,采用IEEE 123节点配电系统对所提出的分布式交易机制进行说明,分析通过ORC系统进行多能源转换和交易的经济效益及技术要求,并对两种分布式交易机制进行比较。     

考虑供需双侧响应和碳交易的氢能综合能源系统鲁棒调度

双碳”背景下,为促进可再生能源消纳,约束园区碳排放和应对可再生能源的随机性,构建了含可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell, RSOC)的园区氢能综合能源系统,并提出考虑供需双侧响应、阶梯碳交易机制和可再生能源出力不确定的鲁棒调度模型。首先,采用RSOC和储氢罐消纳可再生能源富余出力。其次,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电和综合需求响应构成供需双侧响应优化热电运行。然后,通过鲁棒优化理论处理可再生能源的不确定性。接着以系统购能成本、碳交易成本、弃风光惩罚成本和需求响应成本之和最小为目标构建鲁棒调度模型,并采用CPLEX求解。最后通过算例仿真结果验证了模型的有效性。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

蒸汽动力循环参数对循环效率的影响

朗肯循环是蒸汽动力循环的基础,研究并探讨了蒸汽参数及其组合变化对循环效率产生的影响,分析了大尺度和小尺度范围内参数组合变化对效率影响的规律,为动力循环的能量损失分析与建模提供了依据。