基于增压吸收的吸收式蓄能装置的性能分析

吸收式蓄能技术具有蓄能密度高、热损失小等特点,是一种具有发展潜力的蓄能技术,但目前的技术尚存在吸收效果差、效率不高等问题。提出基于增压吸收的吸收式蓄能方法,并阐述其装置的工作原理和特点,通过数学模型研究在不同工况下增压对其热力学性能的影响规律。结果表明:当蒸发温度与发生温度越低、冷凝温度越高时,增压器改善吸收式蓄能循环的性能系数(COP)越明显;与无增压吸收式蓄能循环相比,蓄能密度(ESD)得到提高,当增压比为3时,其ESD可提高30%~295%。     

不同增压方式对空气源吸收式热泵性能影响的模拟分析

我国建筑采暖和生活热水能耗较大,基于空气源吸收式热泵的供热系统是北方寒冷地区具有较大节能潜力的解决方案。由于单效空气源吸收式热泵无法运行在气温较低的环境下,提出采用增压循环来提高空气源吸收式热泵的低温性能,并根据增压方式的不同分为低压增压和高压增压两种形式。以NH₃-LiNO₃作为工质对,对不同形式空气源吸收式热泵进行了对比分析。结果表明:两种增压方式均能有效提高吸收式热泵的低温性能,在不同的室外气温、热源温度和热水温度下,能够实现20%~45%的节能率;此外,低压增压的一次能源效率比高压增压更高。综合节能性和实现难易程度,低压增压是提高空气源吸收式热泵低温性能的较好手段。     

基于膜分离器的NH3-H2O-LiBr吸收式制冷系统的研究分析

氨-水-溴化锂（NH₃-H₂O-LiBr）三元吸收式制冷系统中溴化锂的存在有利于发生过程的进行，降低循环精馏热，但阻碍了吸收氨的传质过程，对吸收性能不利。对此本文提出基于膜分离器的氨-水-溴化锂吸收式制冷循环，可将溴化锂从进入吸收器的溶液中分离出来，进而改善吸收性能。并进行了在膜分离器中分离溴化锂的实验，实验结果表明NH₃-H₂O-LiBr三元溶液在膜分离器中两次循环后分离效率达98%。基于实验中的分离效率，利用Aspen Plus模拟器，进一步模拟分析了基于膜分离器的氨-水-溴化锂吸收式制冷系统，并计算其性能系数（COP）。结果表明，与普通三元循环相比，基于膜分离器的新型循环的能耗较低，性能系数可提高近10%。当发生温度从60℃升高到120℃时，循环的发生器热负荷逐渐降低，COP逐渐增大，最大达0.5869，较普通循环高6%，此时溴化锂质量分数变化范围为0~30%。     

天然气-中温太阳能互补的新型低碳分布式供能系统

基于化学链循环的天然气-太阳能互补转化具有低碳、储能及高效等特点。目前甲烷化学链循环典型还原温度为800℃。在450℃中温条件下,现有技术的甲烷转化率均较低,导致热化学蓄能效率和分布式能源系统能效较低。基于产物分离促进反应平衡移动原理,提出将甲烷重整制氢与化学链循环结合的蓄能方法,氢气被载氧体消耗使氢气分压降低,促进甲烷重整反应正向进行,进而提升甲烷转化率。对比了甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法和传统甲烷直接与载氧体发生化学链反应蓄能方法的甲烷转化率。结果表明,450℃下通过多级循环实现甲烷近完全转化。基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法,建立了多能互补分布式供能系统模型,太阳能甲烷热化学源头蓄能将低品位太阳能提升为高品位燃料化学能,实现了源头蓄能与脱碳。储存太阳能的固体燃料氧化产生高温热能,通过透平做功发电,然后通过余热回收装置实现吸收式制冷和供热,从而实现太阳能和化石燃料的高效互补利用。对系统在典型工况下的热力学性能进行分析,结果表明基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法的分布式供能系统太阳能净发电效率达24.90%,系统燃料节省率达43.24%,在节能减排方面具有显著优势。     

双效氨水吸收式制冷循环的性能

双效氨水吸收式制冷循环是将高温级的吸收热用于加热低温级发生过程的高效且较简洁的新型复叠循环。通过数学建模对双效氨水吸收式循环在热源温度、冷却水温度、蒸发温度和放气系数等变化条件下的制冷性能系数（COP）等指标进行了分析计算,对双效氨水吸收式循环与传统的单效循环和双级循环的制冷性能系数进行了比较。结果表明,双效循环在冷却水温度低于30℃且蒸发温度高于-15℃的条件下有较高的COP值,但其所需热源温度比其他两种对照循环的高。     

增压双效氨水吸收制冷循环性能分析

在双效氨水吸收制冷循环的基础上,提出了一种增压双效氨水吸收制冷循环。结合Schulz氨水状态方程式,通过数学建模对该循环过程进行模拟计算。分析了增压比、制冷温度、热源温度、冷却水温度对循环性能的影响,并和双效氨水吸收制冷循环进行比较。结果表明,增压双效氨水吸收制冷循环中,增压比是非常重要的影响因素,它直接影响循环的性能系数;在其他工况参数不变的条件下,增压双效氨水吸收制冷循环有其最佳的增压比;在适当的增压比下,扩大了双效循环的应用范围,在制冷温度较低时,也可以具有较高的性能系数,而且在相同制冷温度下,降低驱动热源温度也能达到理想的循环效果,从而使本循环可利用的热源范围得以扩展。     

溴化锂吸收式制冷机亚稳平衡增压吸收试验和机理

溴化锂吸收式制冷机组以水为制冷剂,环保,可利用废热、余热,达到综合利用和回收能源的目的。但是其较低的能效比限制其发展。本文基于二元溶液亚稳平衡吸收原理,对常规溴化锂吸收式制冷循环的吸收器进行了改造,建造了蒸汽增压装置,以强化吸收器特性、降低发生温度为目的进行了特性研究。研究结果表明,制冷量可以增加约2倍,传热面积约减小40%～55%,有利于机组小型化;机组增压范围在1.2～2.2 kPa间,机组COP值约提高1.5倍。     

溴化锂吸收式循环的内外热物理参数与机组制冷特性耦合

溴化锂吸收式制冷技术,以其无污染、低消耗、运行平稳、用能模式多等优点在节能和环保领域越来越受到人们的重视。但相对于压缩式制冷,其效率较低的缺点限制了溴化锂吸收式制冷技术的广泛应用。基于溴化锂水溶液气液特性中汽液相平衡和溶液混合与分离的原理,通过调节机组循环过程中内部和外部的参数,实验分析对制冷机组制冷特性的耦合影响。实验结果表明:蒸发温度、充注浓度和吸收压力的提高均能提高制冷量和COP值,且吸收压力的提高效果最显著,其增幅范围最高可以超过100%,而冷却水温度的提高降低了制冷量COP值。因此,适当的耦合调节机组循环的热物理参数可以明显提高制冷性能。     

使用NH3-LiNO3工质对的增压型回热吸收循环性能分析

近年来,日益增长的暖通空调系统能耗已接近50%的建筑能源消费量。吸收式循环可使用太阳能热能、工业废热等低品位能源产生制冷效果,进而降低夏季制冷负荷对高品味电能的大量需求。当前常用于吸收制冷循环的LiBr-H₂O工质对虽然COP较高,但由于物性限制了其蒸发温度范围以及存在较高的结晶风险,使得系统小型风冷设计存在限制。氨水工质对具有较宽的制冷温区,但由于需要精馏以提高氨气浓度造成COP较低。NH₃-LiNO₃工质对无须增设精馏器,结晶温度远高于LiBr-H₂O,且氨气压力较高适合在耦合压缩机循环以提升循环性能,扩宽运行温区。因此,本研究提出压缩机辅助的增压型回热吸收循环使用NH₃-LiNO₃工质对,并对其进行热力分析,研究压缩机的引入对循环性能的改进作用。结果显示,压缩机辅助作用下循环驱动温度下降至34℃,蒸发温度亦可降低至-34℃,且循环倍率降低了52.16%,更适于小型风冷设计。     

不同外绕盘管结构热泵热水器蓄能与用能性能分析

家用空气源热泵热水器能够高效制取生活热水,优化其冷凝盘管外绕结构设计,可以进一步提高系统运行性能。本文提出了外绕变间距盘管结构形式,通过建立MATLAB热泵模型与水箱CFD模型,联立形成耦合模拟模型,经实验验证耦合模型的准确性后,模拟研究了外绕等/变间距盘管结构对热泵热水器蓄能与用能性能的影响。结果显示,与外绕等间距盘管结构相比,变间距盘管结构蓄能过程中的平均传热系数、性能系数（COP）分别提高了21.91%、10.75%,热水温度分布更加均匀,用能过程中的平均传热系数和COP比等间距盘管稍高,热水输出率、释能效率分别提高了7.69%、8.53%,水箱输出的热水温度品质得到改善。本文为对冷凝盘管外绕形式的优化设计提供了方向和指导。     

太阳能热化学储能研究进展

太阳能热发电技术对缓解全球资源紧张和改善环境有广阔的应用前景,大规模高温无损储热是太阳能热发电系统的关键。本文通过对显热储能、潜热储能和热化学储能3种热能储存方式的比较,认为热化学储能方法由于储能密度高,且可长期在环境温度下无热损储存,因而为太阳能热发电中的高温热能储存提供了一种潜在的方法。并对热化学储能在太阳能热力发电的应用上进行了技术经济分析,综述了几种有前景的热化学储能体系的研究进展,总结了各种储能体系的现存问题。根据热化学储能方法在实用化过程中存在的技术经济问题,指出了热化学储能技术的未来研究方向是储能反应器的设计、能量储存/释放循环性能探究、储能体系的选择及热化学储能系统的中试放大研究等。     

A sustainable bio-adsorbent for thermal energy storage for space heating applications

Thermal energy storage is an emerging technology that allows the storage of heat when it is available, which can be used later. One of the available technologies for thermal energy storage is the adsorption of moisture from air by adsorbents. Several adsorbents have been studied in the literature for this application, but there is a need for a sustainable adsorbent that can be eco-friendly, cost effective, and available for scale-up for commercialization of the technology. The current paper focused on the synthesis of a flax shives-based composite (equal weight percent of flax shives and salt hydrates) prepared by the impregnation method and its application in thermal energy storage. The composite showed durability, stability, and reasonable energy storage density with a very low cost per unit of energy. The structural characterization of the hybrid was performed by scanning electron microscopy (SEM)/energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The thermal energy storage density, as well as the charging/discharging characteristics were measured using a laboratory-scale thermal energy storage apparatus. The flax/CaCl₂/LiCl hybrid showed reasonable energy storage density at 74 kWh/m³ for 50% inlet relative humidity after regeneration at 120°C. Although the energy storage density was not high, the flax/CaCl₂ composite was found to be the most cost-effective material, as it showed the lowest cost per energy stored at 0.98 CAD/kWh at 50% relative humidity (RH) after regeneration at 120°C.     

MnCl2-CaCl2-NH3再吸附温度提升系统储能特性

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。     

A novel route to produce BaTiO3 glass-ceramics with nanosized cubic BaTiO3 phase precipitating for high energy-storage applications

To meet requirements of miniaturization devices in high pulsed power technology, super dielectric energy storage performance, such as high dielectric breakdown strength (DBS), large energy storage density with high power density, is extremely important in dielectric materials. However, for BaTiO₃ based ceramics and glass ceramics, there is still a critical challenge to achieve high DBS and large energy storage density. Herein, a novel route was proposed to precipitate nanocrystals with cubic BaTiO₃ phase from glass matrix, which can elevate dielectric constant and meanwhile maintain high DBS compared to parent glass. A high recoverable energy storage density of ∼ 3.66 J cm⁻³ at 1000 kV cm⁻¹ and high discharge energy density of ∼3.57 J cm⁻³ with good thermal stability and ultra-high peak power density of ∼ 910 MW cm⁻³ can be achieved in BaTiO₃ glass ceramic, which implies this type of glass ceramics is suitable for high pulsed power technology application.     

压气储能系统中储气装置的性能分析与改进

压缩空气储能系统是一种大规模的能量存储技术,在可再生能源利用以及调峰领域发挥重要作用。储气室作为系统中主要的储能设备,其特性对系统运行有重要影响。为了研究储气室热力特性对AA-CAES系统性能的影响,设计能够提高系统性能的新型储气装置,建立实际、绝热、恒温3种储气室模型,并结合其他部件模型,对系统进行联合求解。分析求解结果发现,储气室绝热模型具有最高的储能效率,可以达到68.97%,恒温模型的储能密度最高,为2.4706 kW·h/m³,实际模型的储能效率和储能密度都较低;恒温模型下系统的性能受到环境温度的影响,提高环境温度可以使储能效率上升,但会导致储能密度下降;改进的储气装置能够结合绝热模型与恒温模型的优点,使系统性能获得改善。     

蓄热过程强化技术的应用研究进展

蓄热技术可以有效克服供能端与用户端在时间和空间上的不匹配问题,是提高能源利用率的重要手段之一,但是当前的蓄热技术存在蓄、放热速率较低等问题。鉴于此,本文综述了过程强化技术在蓄热中的应用。首先介绍了各类蓄热技术,包括显热蓄热、潜热蓄热以及热化学蓄热,并且从蓄热密度、蓄放热速率以及技术可行性上对各类蓄热技术的优缺点进行了比较;其后,重点回顾了代表性过程强化技术在蓄热系统中的应用,包括结构优化、材料改性以及梯级蓄热;通过分析可以看出,过程强化技术可以对蓄热过程中的传热传质进行强化,极大地提高蓄热系统的蓄放热效率。最后,本文就蓄热技术发展趋势进行了展望,蓄热系统将朝着紧凑、高效的方向发展;在未来的发展中,蓄热技术与能源互联网的结合是应用研究的重点之一。     

化学储热技术的研究现状及进展

化学储热技术通过可逆的化学反应来存储和释放热能,其储热密度远高于显热储存和相变热储存,不仅可以对热能进行长期储存几乎无热损失,而且可以实现冷热的复合储存,因而在余热/废热回收及太阳能的利用等方面都具有广阔的应用前景。本文将化学储热分为浓度差热储存、化学吸附热储存和化学反应热储存3类,并针对上述分类的特点及其应用,对化学储热技术进行了系统的归纳。其中主要概括了目前广为关注、有前景的储热材料,总结了化学储热技术当前的研究现状以及最新进展,并且回顾了将化学储热技术应用于储热研究的试验系统。同时,基于研究现状的分析,指出了此项技术需要进一步研究和解决的相关问题,以期为化学储热技术的发展和走向实际应用提供有价值的借鉴和参考。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

基于太阳能蓄热过程的甲烷二氧化碳重整研究进展

热化学储能技术因为其储能密度高、热损小、能长距离运输等优点而成为保证太阳能长久稳定供应的关键技术。本文对基于甲烷二氧化碳重整反应的太阳能热化学储热系统研究现状进行了回顾,重点讨论了甲烷重整催化剂、重整反应器以及储能系统整体的传热特性等3个方向的研究进展。指出新型高效催化剂以及反应器开发和性能测试是目前该领域的主要研究方向。发现辐射热损失、非均匀温度分布特性、辐射热流的时变波动特性,以及由此造成的能量与化学反应的不匹配限制了热化学系统能量储存效率的进一步提高,并提出催化剂的催化特性与物性/结构参数依变关系,反应器辐射吸收特性、传热传质特性和反应特性之间的相互作用机制,以及系统时变动态特性与反应物流/辐射能流的匹配关系是建立甲烷重整热化学储能系统优化设计理论亟待解决的关键问题。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl₂/SrCl₂/NH₃作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl₂和SrCl₂都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36 kJ·kg^-1;SrCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19 kJ·kg^-1。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。