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先进抽水压缩空气复合储能技术
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作者 王焕然 席光 +7 位作者 李瑞雄 姚尔人 孙中国 王志恒 邹瀚森 令兰宁 贺新 张宇飞 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-9,共9页
储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作... 储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。 展开更多
关键词 压缩空气储能技术 近等温压缩 抽水压缩空气复合储能技术 高效运行
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中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统热力学性能分析 被引量:2
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作者 令兰宁 姚尔人 +5 位作者 孙昊 李瑞雄 邹瀚森 王焕然 席光 张孙孝 《西安交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期126-137,共12页
针对地热能发电技术效率低、稳定性差的问题,提出一种兼具同轴套管取热技术和压缩空气储能技术特点的中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统,通过建立系统的热力学模型,研究了典型工况下系统关键参数和热力学性能的演化规律,揭示了不... 针对地热能发电技术效率低、稳定性差的问题,提出一种兼具同轴套管取热技术和压缩空气储能技术特点的中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统,通过建立系统的热力学模型,研究了典型工况下系统关键参数和热力学性能的演化规律,揭示了不同运行特征下地热恢复与提取的动态机制。研究结果表明:储能发电系统的运行分为非稳定循环和稳定循环阶段,在非稳定循环阶段中,热提取量和膨胀机输出功随循环次数的增加而增加,而热补偿量和系统效率呈相反趋势变化;当热提取量、热补偿量和地热消耗量达到平衡时,储能发电系统从第8次循环进入稳定循环阶段,稳定循环中各参数不随循环次数改变,单次循环输出电量为47 956.7 kW·h,系统效率达到63.5%;通过提升压缩机压比和补热水流量可以提升地热恢复温度:当压缩机压比由6提升至7时,深度为1 300 m、半径为0.116 m处,岩土温度多提升4.3℃,当补热水流量由4.5 m^(3)/h提升至6 m^(3)/h,同一处岩土温度多提升6.4℃,该研究为提高地热能发电效率和稳定性提供了新方案。 展开更多
关键词 地热发电 稳定性 地热恢复 热力学性能
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压缩空气与热化学复合储能系统反应器动态性能研究
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作者 姚尔人 仲理科 +3 位作者 邹瀚森 李瑞雄 席光 王焕然 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-11,共11页
针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略... 针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略,以实现其内部热能到化学能的高效稳定转化。研究结果表明:在反应器的变工况运行过程中,反应器内反应物和空气温度在气体流动方向分别呈现升高和降低的趋势;甲醇裂解率随空气流量和反应器空气侧入口温度的增加而增加,随甲醇流量的升高而逐渐降低,反应器空气侧入口温度的扰动对甲醇裂解率的影响程度最大,而反应器内甲醇裂解率对甲醇流量扰动的响应速度最快;通过建立前馈加反馈调控策略,分别控制进入反应器和压缩机的工质流量,在压缩机85%~110%的输入功率范围内,反应器可在1000 s内实现95%的甲醇裂解率,证明了所提出调控策略的快速响应性和有效性。 展开更多
关键词 压缩空气 复合储能 甲醇裂解 动态性能 调控策略
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液体活塞近等温压缩空气储能过程热力性能评估 被引量:5
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作者 李瑞雄 邹瀚森 +3 位作者 姚尔人 陶瑞 席光 王焕然 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期58-67,共10页
为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估,建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型,探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性,进而明确了液体活塞设备在近等温压... 为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估,建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型,探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性,进而明确了液体活塞设备在近等温压缩空气储能系统中的重要地位。研究结果表明:无喷淋条件下,空气侧相对温度在无量纲a达到120时变化平缓,此时液体活塞可实现接近等温压缩,而较小的a会导致空气相对温度剧烈变化;喷淋条件下,近等温压缩过程主要出现在压缩过程中期,且增加无量纲b导致a对空气侧相对温度的影响逐渐弱化;液体活塞近等温压缩空气的理想运行效率可达到95%以上,而采用D155-30型号水泵驱动的液体活塞近等温压缩储能过程仅能实现66%的运行效率。 展开更多
关键词 压缩空气储能 近等温压缩 热力学评估 无量纲分析
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一种新型复合压缩空气储能系统的热经济学分析 被引量:5
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作者 陶瑞 胡肖 +5 位作者 姚尔人 李瑞雄 王焕然 陈昊 程祖田 王玉赞 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期23-34,共12页
为了避免压缩空气储能系统的蓄热过程中存在的问题,减少压缩热的产生及实现压缩热的高效利用,提出了一种新型复合压缩空气储能系统,建立了系统的热经济学模型,研究了系统在典型工况下的热力学和经济学性能,分析了关键参数对热力学性能... 为了避免压缩空气储能系统的蓄热过程中存在的问题,减少压缩热的产生及实现压缩热的高效利用,提出了一种新型复合压缩空气储能系统,建立了系统的热经济学模型,研究了系统在典型工况下的热力学和经济学性能,分析了关键参数对热力学性能的影响规律,并利用遗传算法进行了多目标优化。研究结果表明:系统在典型设计工况下的电-电效率和[火用]效率分别为63.86%和58.18%,膨胀机组和压缩机组分别占总[火用]损的17.3%和15.6%,系统的平准化度电成本为1.036元/(kW·h);参数敏感性分析表明,卡琳娜循环存在最佳蒸发压力使系统的热力学性能最佳,系统效率随着水气罐进气压力、储气罐最高压力和废热水温度的提高而提高,系统的储能密度随着循环压缩次数的增大而线性增大。多目标优化结果表明,系统的最优[火用]效率和平准化度电成本分别为59.1%和0.962元/(kW·h)。研究为压缩空气储能系统的设计提出了一种新的解决方案,系统在工业废热的综合利用方面具有较好的应用前景,分析和优化的结果可为所提系统的工程应用提供理论依据。 展开更多
关键词 压缩空气储能 近等温压缩 热经济学分析
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一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统 被引量:6
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作者 席光 姚尔人 +1 位作者 仲理科 邹瀚森 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1-8,共8页
为解决可再生能源发电系统存在的消纳难题,提出了一种压缩空气与热化学耦合储能的新型冷热电联产系统,该系统将储能过程产生的压缩热用于驱动甲醇裂解反应以生成合成气燃料,在释能过程中合成气燃料与高压空气混合燃烧后驱动燃气透平发电... 为解决可再生能源发电系统存在的消纳难题,提出了一种压缩空气与热化学耦合储能的新型冷热电联产系统,该系统将储能过程产生的压缩热用于驱动甲醇裂解反应以生成合成气燃料,在释能过程中合成气燃料与高压空气混合燃烧后驱动燃气透平发电,产生的余热驱动蒸汽朗肯循环发电后,进一步根据能量品位向用户提供冷量与热量。该系统不仅实现了可再生能源的提质增效,而且实现了余热的高效梯级利用。通过建立描述该系统的热力学模型,并自编程序对系统开展了热力学性能分析,深入研究了关键节点参数对系统性能的影响规律。结果表明:反应器内较高的反应温度和较低的反应压力可提升甲醇转化率,而提升压气机压比和燃气透平膨胀比,降低压气机等熵效率和空燃比,可进一步提升系统的电量输出。该结果可为所提系统的工程应用提供理论依据。 展开更多
关键词 压缩空气储能 热化学反应 冷热电联产 多能互补 热力学分析
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石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响 被引量:6
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作者 杨启容 宫薛菲 +2 位作者 张正林 姚尔人 王力伟 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期7001-7007,共7页
为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合... 为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。 展开更多
关键词 石墨烯 聚合物复合材料 熔融共混 导热性能 热稳定性
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天然橡胶热解产物反应机理研究 被引量:2
8
作者 杨启容 邹瀚森 +3 位作者 魏鑫 姚尔人 钟浩文 禹国军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期114-121,共8页
针对天然橡胶初级热解(300~550℃)过程中的主要产物异戊二烯单体和二聚体-1,4-二甲基-4-乙烯基环己烯进一步热解生成小分子气体的生成机理展开研究,采用密度泛函理论对各个反应进行了模拟计算,得到了相关热力学参数焓变、自由能变以及... 针对天然橡胶初级热解(300~550℃)过程中的主要产物异戊二烯单体和二聚体-1,4-二甲基-4-乙烯基环己烯进一步热解生成小分子气体的生成机理展开研究,采用密度泛函理论对各个反应进行了模拟计算,得到了相关热力学参数焓变、自由能变以及动力学参数反应势垒;用Aspen plus建立一维裂解反应器模拟实验过程,得到产物分布情况。结果表明:单体的主要反应路径为氢基与单体之间的取代反应,主要产物为氢气,反应活化能为5.68kJ/mol,与通过热裂解工艺过程预测的产物分布结果相符;二聚体主要通道是先发生开环反应,然后与甲基发生取代反应,主要产物为甲烷,反应活化能为354.48kJ/mol。研究结果可为废旧轮胎的气化回收利用提供重要的理论依据。 展开更多
关键词 天然橡胶 密度泛函理论 气相产物 反应路径
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一种新型压缩空气与抽水复合储能系统的热力学分析 被引量:8
9
作者 姚尔人 席光 +5 位作者 王焕然 邹瀚森 李瑞雄 胡杨 王志恒 孙中国 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期12-18,共7页
为解决可再生能源发电系统存在的能源输出间歇性和波动性等问题,基于热力学定律和能量梯级利用的原则,提出一种兼具压缩空气储能技术和抽水蓄能技术特点的新型压缩空气与抽水复合储能系统。首先建立了该系统的热力学模型并使用自编程序... 为解决可再生能源发电系统存在的能源输出间歇性和波动性等问题,基于热力学定律和能量梯级利用的原则,提出一种兼具压缩空气储能技术和抽水蓄能技术特点的新型压缩空气与抽水复合储能系统。首先建立了该系统的热力学模型并使用自编程序进行了热力学分析,重点针对水轮机工作时间、储气洞穴最低压力、各主要设备效率、压气机机组和透平机机组压比分配对系统热力学性能指标的影响进行了研究。结果表明:系统的能量效率随储气洞穴最低压力的升高而升高,随水轮机工作时间增加先升高后降低,在水轮机工作时间为1.5h的工况下达到最高值;提高透平机的等熵效率是提升系统能量效率的最有效途径;通过对压气机机组和透平机机组的各段压比进行优化,系统的能量效率可达到71.82%。研究结果可为该系统的工程应用提供重要的理论依据。 展开更多
关键词 压缩空气储能 抽水蓄能 热力学分析
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石墨烯季戊四醇相变复合材料导热性能的分子动力学研究 被引量:15
10
作者 宫薛菲 杨启容 +3 位作者 姚尔人 刘亭 官云许 张远 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1214-1220,共7页
低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2... 低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨烯/季戊四醇(GE/PE)固-固相变复合材料的导热性能和内部相互作用。结果表明:石墨烯的添加可有效提升季戊四醇的导热性能,随着GE质量分数的增加,GE/PE复合相变材料的导热率、界面热导以及相互作用能均逐渐增大,且趋势幅度相一致,材料整体导热系数的增加归因于石墨烯结构的变化。本文可为石墨烯改善季戊四醇导热性的实验研究提供指导。 展开更多
关键词 季戊四醇 石墨烯 固固相变 储能材料 分子动力学模拟
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丁苯橡胶热解过程的分子动力学研究 被引量:5
11
作者 钟浩文 杨启容 +1 位作者 姚尔人 马运先 《青岛大学学报(工程技术版)》 CAS 2019年第2期95-100,共6页
为研究丁苯橡胶热解过程的微观变化及升温速率、苯的质量分数对热解过程的影响,本文基于ReaxFF力场,建立了周期性边界条件,在正则系综下,运用Materials Studio软件对聚合度为21的丁苯橡胶模型的热解过程进行分子动力学模拟。模拟结果表... 为研究丁苯橡胶热解过程的微观变化及升温速率、苯的质量分数对热解过程的影响,本文基于ReaxFF力场,建立了周期性边界条件,在正则系综下,运用Materials Studio软件对聚合度为21的丁苯橡胶模型的热解过程进行分子动力学模拟。模拟结果表明,丁苯橡胶的热解过程分为初步热解阶段和快速热解阶段两个阶段,快速热解阶段是主要的热解阶段。升温速率越大,热解的起始温度越高,且升高相同温度的热解程度越低,苯质量分数越高,丁苯橡胶的起始热解温度越高。该研究的模拟结果与之前的实验基本符合,证实了分子动力学模拟在丁苯橡胶热解研究上的可行性。 展开更多
关键词 丁苯橡胶 热解 分子动力学模拟 ReaxFF力场
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高温下季戊四醇结构和导热率的分子动力学研究 被引量:2
12
作者 宫薛菲 杨启容 +1 位作者 姚尔人 李灿 《青岛大学学报(工程技术版)》 CAS 2019年第2期107-111,共5页
针对季戊四醇材料在储存和使用方面存在的优势,本文以季戊四醇为研究对象,采用Materials Studio软件,通过分子动力学模拟手段,对季戊四醇进行建模和结构优化,研究了不同温度对季戊四醇分子结构和导热率的影响,分析了分子键长键角随温度... 针对季戊四醇材料在储存和使用方面存在的优势,本文以季戊四醇为研究对象,采用Materials Studio软件,通过分子动力学模拟手段,对季戊四醇进行建模和结构优化,研究了不同温度对季戊四醇分子结构和导热率的影响,分析了分子键长键角随温度变化的趋势。研究结果表明,温度对C—C键长影响最大,对C—O—H键角影响最大,固-固相变发生时,C—O键长和O—C—H键角发生急剧变化,说明温度对季戊四醇分子部分键长键角的变化具有一定影响,特别是固-固相变温度附近变化幅度更加明显;当温度在430~480K时,季戊四醇导热率在0.67W/(m·K)左右,说明导热率在模拟温度范围内,随温度升高而增大,固-固相变对导热率的变化影响不大。该研究对季戊四醇作为储能材料在实际应用中具有参考意义。 展开更多
关键词 季戊四醇 分子动力学模拟 键长 键角 导热率
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丁苯橡胶气相热解产物反应机理的动力学计算与模型 被引量:3
13
作者 钟浩文 宫薛菲 +2 位作者 杨启容 姚尔人 张远 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期159-169,共11页
为了更深入地了解废旧橡胶热解机理,运用分子动力学的方法,对应用广泛的丁苯橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明:热解过程主要分为两个阶段,第一个阶段,主要发生丁... 为了更深入地了解废旧橡胶热解机理,运用分子动力学的方法,对应用广泛的丁苯橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明:热解过程主要分为两个阶段,第一个阶段,主要发生丁苯橡胶链断裂形成短链和单体,第二阶段主要发生单体进一步生成气体。在第一个阶段,主要产物为1,3-丁二烯,还有部分苯乙烯,反应为放热反应,其中苯乙烯的形成不利于1,3-丁二烯后续生成H2、CH2=CH2的热解反应;在第二阶段,1,3-丁二烯热解的主要气相产物为CH2=CH2,中间C-H键上的H原子更容易被夺去;苯乙烯热解的主要气相产物为H2,乙烯基与苯基结合处的H原子最容易被夺去。此外,还会产生CH2=CH2CH3、CH4等气体。这将为废旧橡胶热解得到特定的气相产物提供理论依据。 展开更多
关键词 丁苯橡胶 分子动力学 热解 反应路径 气相产物
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Experimental Study of the Particulate Dirt Characteristics on Pipe Heat Transfer Surface 被引量:3
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作者 YANG Qirong ZHANG Zhenglin +2 位作者 yao erren ZHANG Ning LI Nan 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期1054-1064,共11页
The systematic study of the particulate dirt characteristics on heat exchanging surface can provide theoretical guidance for defouling. In this paper, four main compositions of particulate dirt in the treated city sew... The systematic study of the particulate dirt characteristics on heat exchanging surface can provide theoretical guidance for defouling. In this paper, four main compositions of particulate dirt in the treated city sewage(i.e., CaCO3, MgO, CaSO4 and SiO2) are selected as the research objects. The effects of different working conditions, characteristics of particles on the growth rules of particulate dirt and the synergistic fouling by different particles are researched by thermal resistance method experimentally, while the microstructures of the dirt are observed by Scanning Electron Microscope(SEM). The asymptotic values of both dirt thermal resistance and the scaling rate decrease with the increasing of working fluid velocity, while the two asymptotic values increase with the increasing particle size and particle concentration. Although the working fluid import temperature shows a weaker influence on the thermal resistance, but the increase of working fluid import temperature can retard the fouling rate. Among the stable values of the thermal resistances of four types of fouling, SiO2 is the largest and Mg O is the smallest. The synergistic fouling by different types of particles results in the denser structure of mixed fouling. 展开更多
关键词 PARTICULATE FOULING growth rule FOULING thermal resistance FOULING rate SYNERGISTIC FOULING
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