超临界二氧化碳燃煤发电系统低温余热回收的技术经济性优化

现有超临界二氧化碳(S-CO₂)燃煤发电系统锅炉排烟温度为120℃左右。通过系统优化降低锅炉排烟温度,有望进一步提高燃煤发电系统效率和烟气除尘效率。为此,本文以1 000 MW S-CO₂燃煤发电系统为例,通过回热系统、烟气冷却系统和空气预热系统的耦合优化,提出了带有低温烟气余热回收系统的改进构型;建立了热力学和技术经济性分析模型,以技术经济性最优对构型进行了优化分析。结果表明:采用烟道旁路、低温省煤器及主压缩机中间冷却的改进构型4,可将排烟温度降低至约95℃,与基础构型相比,可提高锅炉效率1.5%,提高电厂效率1.45%。通过分析燃料成本和运行时间对度电成本的影响,证明改进构型4的度电成本最低,经济性效果最好。     

50MW超临界二氧化碳燃煤电厂热经济性分析

超临界二氧化碳（S-CO2）循环发电具有效率高和设备紧凑等优点,被认为是未来燃煤发 电领域最具潜力的技术之一。本文针对现阶段小容量系统部件全局设计和多准则评价研 究比较欠缺的问题,提出了系统结构设计-流动传热计算-多指标评价同步计算方法,并 通过计算,对比了不同系统及不同设计参数下,50 MW级S-CO2燃煤电厂的热经济性能。结果表明:透平入口参数25 MPa/620 ℃下,再压缩-再热循环燃煤电厂发电效率比再压缩循环高3.29%,平准化度电成本低2.52%;不同设计参数下,2个系统总投资成本不超过3.9×108元,锅炉成本约占总设备投资成本的80%。     

具备碳捕集功能的半闭式再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环的经济性分析

近零排放发电技术是我国实现碳达峰、碳中和目标的重要技术手段之一。针对半闭式再压缩超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环,建立了热力性能计算模型,并基于平准化发电成本和碳捕集成本,构建了其经济性能评价模型,并进行了关键参数的敏感性分析。结果表明:在几乎100%碳捕集率的情况下,半闭式再压缩S-CO2布雷顿循环的净效率为46.05%,平准化发电成本为609.4元/(MW·h),碳捕集成本为204.1元/t,远低于我国电力行业的平均碳减排成本。此外,燃料价格对平准化发电成本和碳捕集成本有重要的影响。燃料价格增长40.0%,导致平准化发电成本增长33.6%,碳捕集成本增加17.2%。     

新型超临界二氧化碳分流再压缩一次再热燃煤发电系统设计优化

基于基准300 MW超临界二氧化碳(S-CO2)分流再压缩一次再热布雷顿循环,提出了一种利用冷却器工质余热预热空气的新型S-CO2布雷顿循环系统。通过计算新系统与基准系统的能耗分布,揭示了新系统煤耗降低的原因,并进行了初步经济性分析。结果表明:新系统附加煤耗中锅炉占比最大,达81.72%,其次为冷却器;与基准系统相比,新系统可有效降低发电标准煤耗率,当空气预热器入口温度加热至80℃时,新系统可节煤4.53 g/(kW·h),且静态投资回收期为6.98年,新系统发电标准煤耗率降低主要是由于冷却器和锅炉附加煤耗减少。     

高温储能金属氧化物研究综述及其与超临界二氧化碳循环耦合研究

大规模储能是保障电网安全和提高可再生能源消纳的关键技术,是新能源进一步发展的战略核心。对基于金属氧化物的高温热化学储能技术进行了详细综述,分析表明,单一金属氧化物储能性能受制于循环稳定性和动力学速率,而掺杂钴、锰、铜以及钙钛矿型的金属氧化物的性能有较明显提升。在此基础上,构建了100 MW太阳能超临界二氧化碳布雷顿循环与金属氧化物储能耦合系统并建立了对应的稳态模型。模拟结果表明,在典型晴朗春分日,该系统循环热效率可达51.2%,光电转换效率可达25.2%,可实现24 h连续运行。     

超临界二氧化碳再压间冷分流光热发电系统性能仿真分析

为提高基于光热的超临界二氧化碳（S-CO₂）循环发电效率,提出了1种改进的再压间冷分流循环发电方案。通过建立热力学模型对系统进行参数优化,在循环效率最大和熔融盐出口温度为290 ℃ 2种情况下,将该方案与传统再压缩循环方案进行了效率和系统总热导对比。计算结果表明:相较于再压缩循环方案,改进方案的效率提高了1%,总热导增加了4%;降低熔融盐出口温度可以减小系统总热导;当熔融盐出口温度限定为290 ℃时,再压间冷分流方案的效率降低至36%,系统总热导降低了10%。该结果可为塔式光热发电系统的设计和参数选择提供参考。     

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%。     

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。     

光伏与光热发电发展前景对比分析

太阳能发电分为光伏发电和光热发电,两种发电方式有着诸多的不同之处。从发电方式、应用领域、储能方式、发电可调度性以及经济性等方面对两种发电方式展开对比研究,找出两者的优缺点,分析两种发电方式的发展前景。     

采用压缩储能的新型超临界二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电系统性能分析

基于超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环的特点,提出一种新型的采用压缩CO2储能 的S-CO2布雷顿循环塔式太阳能热发电系统。该系统利用多余的太阳能将处于临界点附近的CO2压缩至高压状态,在夜间利用燃气锅炉燃烧天然气加热高压的CO2,使其进入透平做功,带动发电机发电。通过Ebsilon软件分别建立采用熔盐储热和采用压缩CO2储能的塔式太阳能热发电系统模型,并优化底循环工质,得出最佳效率条件下的运行参数。在此基础上,分析典型日运行工况,计算2个系统的热经济性。结果表明,在储热时长为8 h的情况下,相比熔盐储热系统,新型的采用压缩CO2储能的太阳能热发电系统夏至日日均效率提升0.31%,冬至日日均效率提升0.97%,具有较好的应用前景。     

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。     

超临界二氧化碳布雷顿循环塔式光热系统及光伏-光热混合系统运行性能分析

本文对超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环塔式光热系统及光伏-光热混合系统在典型天气下的运行性能进行了研究。探究光热电站通过灵活调控出力,从而辅助间歇性出力的光伏电站发电并网的能力;分析光伏电站的接入对光热电站运行性能的影响;对比S-CO₂布雷顿再压缩和部分冷却循环所组成的光热电站在不同运行场景下的热力性能。研究结果表明:光热电站可与光伏电站良好地配合,实现混合电站高效发电并网;光伏电站的接入会导致光热电站的运行效率降低,如晴天时,为辅助光伏电站并网,再压缩循环光热电站的运行效率由20.23%降至18.34%;在光热电站独立发电的运行场景下,再压缩循环光热电站性能更优,而在混合电站联合发电的运行场景下,部分冷却循环光热电站性能更优。     

燃气-超临界二氧化碳联合循环经济性研究

为分析燃气-超临界二氧化碳（S-CO2）联合循环系统的经济性,以级联循环为基础选取不同的冷却器级数、烟气-S-CO2换热器个数和分流管路数,设计了12种对比方案,并采用遗传算法对各方案的参数进行优化,通过计算筛选出技术经济性最佳的方案。结果表明:系统循环效率随着系统冷却器级数、烟气-S-CO2换热器个数和分流管路数的增加而增加,各方案中循环效率提高幅度由大到小排序为:增加烟气-S-CO2换热器>增加分流管路>增加冷却器;随着冷却器、烟气-S-CO2换热器和分流管路数量的增加,循环效率提高的幅度 降低;12种方案中,方案5技术经济性最佳,即配置有2级冷却器的双级级联循环运行 20年的总收益最高,为5.2亿元。     

超临界二氧化碳太阳能热发电系统中集热蓄热颗粒及其性质研究现状

超临界二氧化碳（S-CO₂）太阳能热发电技术需要集热蓄热介质的工作温度能够达到1 000 ℃以上,以有效提升太阳能热发电效率和降低太阳能热发电成本。固体颗粒可作为集热蓄热工作介质应用于高温环境,其性质和筛选研究对于发展S-CO₂太阳能热发电技术至关重要。本文综述了近年来应用于太阳能热发电领域的各种集热蓄热颗粒及其性能研究,包括颗粒的光学性能、热物理性能、热稳定性和抗磨损性,进而总结和展望了集热蓄热颗粒的研究重点,指出目前缺乏对固体颗粒性能的全面分析研究,对颗粒表面改性以及通过添加颜料来制备高吸收率的粒子是新的研究热点,国内对于颗粒比热容的研究温度较低（800 ℃以下）,需进一步加强颗粒比热容和导热系数的热循环稳定性研究,以及考虑颗粒磨损和失效导致的寿命缩短及颗粒不同性质导致的综合成本研究。     

内燃机余热回收分流式二氧化碳动力循环系统经济性分析

相较于不分流余热回收系统,含有分流设计的CO2跨临界动力循环内燃机余热回收系统可以有效避免各换热器之间的温度干涉,提高烟气余热利用率和回热器效率,进一步提高余热回收系统的做功能力,但更加复杂的系统不可避免地增加了系统各项成本。对此,基于MATLAB平台,建立了该系统的经济性模型,采用单位发电量成本CUEC、换热器面积功率比rAPR和环境回收期tEPP作为评价参数,综合考虑净功率、系统小型化潜力和环境经济性来评估分流系统的经济性潜力。结果表明:分流系统在膨胀机入口温度约505 K、入口压力约13.5 MPa的较大工况范围内CUEC指标存在优势;在膨胀机入口温度高于473 K时,分流系统的rAPR存在明显优势,相较不分流系统最高改善11.6%;tEPP指标在所有工况下均优于不分流系统;当膨胀机入口温度高于480 K时,分流系统在经济性上具有更大优势。最后,针对未来研究方向,给出了对经济性参数进行多目标优化、开展余热回收系统与内燃机耦合的相关研究等建议。     

钠冷快堆耦合超临界二氧化碳布雷顿循环中的PCHE研究进展

本文首先介绍了超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环的特点,包括临界点的重要性、回热器“夹点”问题、冷却器冷却工质问题等。然后,针对钠冷快堆（SFR）,总结了国内外应用于SFR耦合布雷顿循环系统中的印刷电路板换热器（PCHE）的相关研究,包括在Na/CO₂换热器、回热器、冷却器中运行的重要工质——S-CO₂的流动换热性能,以及影响PCHE自身性能的流道结构优化设计。结果表明,针对具体的SFR应用,目前仍无明确结论认为哪种流道结构更为优越,需要针对具体应用场景进行相应的数值分析或实验研究。