超临界二氧化碳-高温热泵联合储能发电系统设计及分析

为解决可再生能源间歇性和波动性导致的电力供需不匹配问题,提出了一种基于超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环和高温热泵的联合循环储能发电系统,该系统是卡诺电池形式的一种创新探索。通过熔盐储热装置和水储冷装置实现能量交换,有效联合了热泵循环加热过程和S-CO_(2)循环发电过程,获得了较高的储能发电系统往返效率。模拟计算了联合循环的典型工况参数和热力性能,分析了S-CO_(2)循环中主要参数对系统整体效率的影响。结果表明:提高膨胀机入口温度有助于提高整体循环效率,系统最优往返效率可达62.8%,同时储热熔盐需求量减少;提高主压缩机入口气体参数可使系统效率达到极限值,超过该值后整体循环效率不再提高;主再压缩机分流比为0.35时系统效率达到最优;确定了S-CO_(2)循环系统最佳运行工况,比同工况下简单布雷顿系统往返效率高7.98%。

三角槽道层流脉动流的流场分布特性及热量输运规律研究

为了解析小尺度周期性扩缩结构流道与脉动流结合的复合强化传热机理,以水为工质,对三角槽道层流脉动流动特性及热量输运规律进行了研究。以“二次流”为切入点、“涡及涡运动”为视角,分析了Strouhal数(St)、脉动振幅(A)等脉动参数对三角槽道层流脉动流动及传热过程的影响,揭示了二次流强度与三角槽道层流脉动流传热的关联性。结果表明:通过调节St与A优化涡旋运动状态,可将场协同角(β)缩减5°以上,增强温度梯度与速度矢量两者的协同性,最大传热效率可提升55%以上;St的设置旨在优化涡心运动路径,存在最优St值,使传热效率提升40%以上;A的设置旨在提升涡旋强度及尺寸,当A<100%时,最大传热效率提升约15%;St和A对于层流脉动传热的影响情况,还可采用二次流强度定量反馈,以寻求较优的St和A匹配数值,有效控制传热效率及能耗量。研究结果可为解决高黏度、低流速等工程环境(如光热电站熔盐系统管路、熔盐电加热器换热管)或者小尺度异型管道的流动及传热问题提供参考。

135 MW_(e)塔式太阳能热发电站全生命周期碳排放研究

以中国西北地区135 MWe塔式太阳能热发电站(太阳直接辐射量为2015 kWh/m2,年均光电效率为14.9%,储热时长为11.2 h,全生命周期为25年)为研究对象,基于全生命周期评估方法,通过研究边界定义、清单统计,计算得到该电站全生命周期4个阶段的度电碳排放量,并对结果进行分析。结果显示:1)该塔式太阳能热发电站的全生命周期度电碳排放量为22.7 gCO_(2e)/kWh,处于国内外同类电站度电碳排放量(22~35 gCO_(2e)/kWh)的低位水平,折合到单位镜场面积的度电碳排放量为1.56×10^(-5)gCO_(2e)/(kWh•m^(2))。2)在该塔式太阳能热发电站全生命周期4个阶段中,设备、材料制造阶段的度电碳排放量最高(占比约为87.4%),运营维护阶段次之(占比约为7.2%),废弃处置阶段位列第3(占比约为3.3%),建设安装阶段最低(占比约为2.1%)。3)当新增的百兆瓦级塔式太阳能热发电站发电量替代全国火力发电发电量的1%~20%时,年碳减排量可达0.49亿~9.78亿t。由此可知,塔式太阳能热发电站具有极大的碳减排能力及环保效益。