基于S-CO_(2)布雷顿循环的太阳能发电储能一体化系统性能分析

设计了一种以S-CO_(2)和石英石为储能介质、再压缩S-CO_(2)布雷顿循环为动力循环的塔式太阳能热发电储能一体化系统。基于Gensystem计算平台,建立了动力循环、太阳能集热系统、S-CO_(2)斜温层储热罐的数学模型,研究了集热系统性能和S-CO_(2)斜温层储热罐的储、释热动态特性。在此基础上,分析了一体化系统的热力性能和经济性能。结果表明:经过13次循环储、释热过程,斜温层储热罐出口温度趋于稳定。释热结束时,斜温层储热罐热流体出口温度下降了63 K,储热结束时,冷流体出口温度升高了46 K。与配置双储热罐的塔式太阳能热发电系统相比,一体化系统夏至日和冬至日日均发电效率分别提高了1.8%和1.7%,系统总投资降低了9.46%,平准化度电成本下降了9.45%,投资回收期缩短了1.8 a。

太阳能驱动有机朗肯循环热经济性优化

根据槽式太阳能集热特性,选择R600和R245fa两种循环工质,以系统效率和单位能量产出成本为目标构建简单有机朗肯循环(BORC)和回热式有机朗肯循环(IHE-ORC)系统热经济性模型。利用非支配排序遗传算法进行双目标优化,采用熵权-TOPSIS法决策工质的两系统最佳热经济性,分析工质的两系统热经济性随运行参数蒸发压力、过热度和冷凝温度的变化。结果表明:在优化决策下,采用工质R245fa的IHE-ORC系统最佳效率和单位能量产出成本分别为54.11%、0.1548美元/kWh,热力性优势明显,采用工质R600的BORC系统最佳效率和单位能量产出成本分别为49.89%、0.1318美元/kWh,经济性表现较优;在运行参数变化范围内,IHE-ORC系统效率和单位能量产出成本均高于BORC系统,工质R245fa的系统效率显著较高,工质R600的系统单位能量产出成本相对较低。

基于太阳能和双有机朗肯循环的液态空气储能系统特性研究

为了解决传统太阳能蓄热式液态空气储能系统(LAES-S)余热利用不完全的问题,进一步提高系统的往返效率,文章在LAES-S系统基础上,构建了一个耦合太阳能蓄热和双有机朗肯循环的液态空气储能系统(LAES-S-O),并建立了耦合系统的热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响。结果表明:典型工况下,子系统ORC1和ORC2的净输出功分别为1296 kW和6695.83 kW;新系统的往返效率可达117.63%,火用效率为38.97%,能量效率为28.88%,与参考系统相比,分别提升了12.58%,2.35%,1.21%。此外,该系统还为用户提供了温度为364.15 K的生活热水,实现了热电联产功效。对关键参数的敏感性分析显示,当液化压力(末级压缩机出口压力)从15 MPa升高到18 MPa,液化温度(节流阀入口空气温度)从93.15 K上升到113.15 K时,空气液化率、往返效率、火用效率随液化压力的增大而降低,液化压力和温度的提高不利于系统性能的提升;但当排气压力从5.3 MPa升高至7.7 MPa时,往返效率、火用效率均随之升高。研究结果可为液态空气耦合太阳能系统提供一定的理论支持。

太阳能循环增氧浮岛在水体净化中的应用研究

本文针对城市景观水体如人工湖流动性差、自净能力不足的问题,探讨了其污染过程和治理技术现状,提出了一种太阳能循环增氧浮岛技术。该技术利用太阳能驱动水泵,将湖底贫氧水提升至浮岛表面与空气充分接触,增加水体溶氧量,改善厌氧条件,减少水体黑臭现象。文章分析了该技术的工作原理、适用条件和应用成效,展示了其在城市景观水体治理中的节能环保效益和经济效益,为城市水体生态修复提供了技术经验和参考。

太阳能互补联合循环热电联供动态控制策略研究

热电联供技术不仅能够有效保障工业供汽和居民供暖,还可提高机组的能源利用效率。本文建立了太阳能热集成燃气蒸汽联合循环系统的热电联供动态模型,并据此提出相应的运行控制策略,在此基础上对系统典型天运行工况下的动态运行特性展开了分析。结果表明:该运行策略下,系统各运行参数可保持平稳,例如主蒸汽参数、供热功率、发电功率等不随太阳辐照的波动而波动,系统热效率在55%~63%之间,且与系统中太阳能输入的热量成反比。此外在该典型天中,系统中太阳能的发电量和供热量分别为114.96 MWh和5.3×10^(5)GJ。

基于EBSILON仿真的Kalina循环发电系统研究及分析

为实现对内燃机排气余热利用系统经济性改造的综合评价,基于EBSILON仿真模拟软件,提出利用Kalina循环发电系统回收烟气余热,计算获得了余热回收系统的节能潜力,对比并分析了两种Kalina循环的变工况性能。结果表明,设计工况下,透平和泵的效率分别为85%和80%,当Kalina循环偏离设计工况时,恶化了透平和泵的性能,随着发电机功率降低,透平和泵的效率均降低;随着内燃机排气流量从60%增加至100%,KCS-34热效率从14.08%增加至14.17%,后降低至13.49%,BKCS热效率从12.29%增加至12.58%,后降低至10.49%。在相同内燃机排气流量下,KCS-34的热力性能优于BKCS,前者更适用于内燃机排气余热的回收。

集成塔式太阳能的新型超临界压缩二氧化碳储能系统性能分析

随着可再生能源快速发展,储能技术在实现可再生能源大规模并网中起着至关重要的作用。与压缩空气储能系统相比,压缩超临界二氧化碳储能系统具有体积小、储能密度高的优势。该文提出集成塔式太阳能的简单回热压缩循环和再压缩循环的两种超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES)系统,并进行热力学分析和经济性分析。相较于集成塔式太阳能的SC-CCES参比系统,集成塔式太阳能的简单回热压缩和再压缩循环SC-CCES系统更有利于提高太阳能利用率,其光电转换效率分别为23.56%和28.77%,分别比参比系统高出2.63%和7.84%。提高储能压力和释能压力都可以有效提高系统的能量效率、光电转换效率、㶲效率和单位体积储存能量。此外,集成塔式太阳能的再压缩SC-CCES系统具有较好的经济性能,动态投资回收年限约6到7年,20年净现值(net present value,NPV)为23456.16×10^(3)美元,比耦合简单回热压缩系统高7956.69×10^(3)美元,内部收益率(internal rate of return,IRR)为17.55%。

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。

太阳能驱动的制冷循环海水淡化系统性能分析

建立太阳能驱动的制冷循环海水淡化系统数学模型,通过改变驱动热水流量、驱动热水供回水温差、集热器面积和所在城市这4个变量,进行系统性能分析,利用Matlab语言编制程序进行求解。结果表明:提高驱动热水流量和增大驱动热水供回水温差,均有利于提高淡水产量,但所需辅助热源热量增加,太阳能供能比例下降;增大集热器面积,有利于降低辅助热源热量,增大太阳能供能比例,但淡水产量微降;选择大连、北京和深圳3个城市,在相同的条件下,深圳地区太阳能供能比例最高,北京次之,大连最低。

太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出波动策略研究

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式提出了4种运行策略。结果表明:4种策略均能在一定程度上降低光伏输出功率波动性,且在相同蓄电池容量下,策略二光伏输出功率波动性最小,策略三蓄电池最大充电功率最小;随着蓄电池容量的增加,4种策略光伏输出功率波动性均在减少,并且策略二和策略一在平抑输出功率波动性能力上不断接近;在储热与储电容量比例为3∶4时,策略一~策略四相对仅光伏运行时的输出功率波动性分别减少了80.7%、88.3%、50.5%和55.1%。

太阳能与燃气-蒸汽联合循环互补性能分析

在世界能源储量短缺的背景下,如何提高现有能源可利用率已成为研究热点。太阳能作为一种清洁能源,为发展燃气-蒸汽联合循环(GTCC)系统提供了新的研究方向。将太阳能与燃气发电装置耦合在顶循环(布雷顿循环)的发电系统实现了新能源与传统燃机的多能互补综合利用。结合热力学第一定律理,搭建了整体热力学模型,利用Ebsilon模拟软件对太阳能互补联合循环(ISCC)系统和传统GTCC系统的运行性能参数进行了对比分析,并研究了不同法向直接辐照度(DNI)和大气环境温度对ISCC系统变工况下运行特性及整体节能的影响。研究表明,当天然气输入量为10kg/s时,GTCC系统循环热效率为39.8%,ISCC系统循环热效率为44.1%;在控制系统总输出电功率不变的条件下,ISCC系统能比GTCC系统节省2.638kg/s的天然气输入量。太阳能与传统GTCC的有机耦合使系统循环热效率和综合输出电功率大幅提高,并在经济性方面显现出较大优势。

基于太阳能分频利用的光伏/光热综合发电系统热力学分析

通过对太阳能聚光投入辐射进行分频,建立光伏与光热驱动有机朗肯循环综合供电系统。在冷却背板温度100℃的限制下,对该系统进行热力学分析,筛选了适宜的循环工质,获得了有机朗肯循环(ORC)系统优化的蒸发温度。结果表明:isobutene作为光伏系统的冷却工质和ORC系统的循环工质时系统效率最高,分频技术将冷却背板散热负荷转移至集热器,可降低光伏板的散热需求,从而降低循环工质质量流量,对提高系统发电能力有积极作用,该系统可将单纯光伏发电效率提高9百分点;同时,分频效率和太阳能电池吸收波段对综合供电系统的总效率影响较大。

耦合太阳能氨气分解制氢过程的MGT-ORC动力系统热力性能分析

构建高效、无污染的动力发电系统是解决目前能源紧缺和环境污染问题的有效手段。以Capstone公司生产的C65型微型燃气轮机为核心发电部件,耦合了太阳能驱动氨气分解制氢的热化学过程,实现了可再生能源和氨气化学能之间的多能互补,采用有机朗肯循环(ORC)作为底循环回收微型燃气轮机(微燃机,MGT)产生的烟气余热并发电,实现能量梯级利用。在化工模拟软件Aspen Plus中构建了详细的模拟流程,进行系统热力性能分析,结果表明:通过太阳能和氨气的互补提高了富氢合成气热值,微燃机输出功率为89.95 k W,比参考系统中的C65微燃机多24.95k W;该系统在设计工况下的电效率达到了44.81%,[火用]效率为47.97%,分别比参考系统高出8.51百分点和9.67百分点;系统中最大的?损部件为燃烧室,占到了总[火用]损的41.67%,其次蒸发器和回热器分别占14.31%和11.15%;系统电效率和[火用]效率随着太阳能集热量的增加分别呈减小和增大的趋势。该研究结果可为以氨气为燃料并耦合太阳能的分布式微燃机发电系统提供参考。

聚光太阳能SCO_(2)热发电系统性能分析与优化设计

针对聚光太阳能超临界二氧化碳(SCO_(2))热发电系统展开研究,构建系统热力学性能分析模型,分析集热侧、动力循环侧的性能,揭示系统集热-蓄热-热功转化之间的相互匹配特性规律,综合分析比较不同集热器、储热工质、动力循环组成的聚光太阳能SCO_(2)热发电系统的全年发电量和年均光-电转化效率,并对系统参数进行优化设计。结果表明:与线性菲涅尔式、槽形抛物面式聚光方式相比,塔式聚光方式的集热量受季节影响小,单位面积上全年集热量最高,全年集热效率约43%;增大高温储罐工质温度或降低低温储热罐工质温度能增大系统年发电量与年均光-电转化效率;采用塔式集热、NaCl-KCl-MgCl_(2)高温熔融盐、再压缩式超临界CO_(2)循环的聚光太阳能热发电系统具有最佳热力学性能。

基于CO_(2)混合工质动力循环的塔式太阳能热发电系统四季性能分析

为高效转换塔式太阳能系统的聚光热量,将混合工质(CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R601a)应用于再压缩动力循环,建立塔式太阳能热发电系统的热力模型,并基于典型日(春分、夏至、秋分、冬至)的辐照条件对系统热力性能进行分析比较。结果表明:在混合工质不可燃的质量分数范围内,随着CO_(2)质量分数的增加,3种混合工质的系统热效率、效率和发电量均先升高后降低,最优质量分数分别为0.7/0.3、0.8/0.2和0.8/0.2。在3种混合工质中,CO_(2)/R290(0.7/0.3)的系统性能最佳,春分的系统热效率为18.99%,发电量为17.1 MWh。在不同典型日下,夏至系统热效率和效率略低于冬至,但其发电量最高。基于3种混合工质探究透平进口温度、循环最低温度、高温熔盐温度和分流比对系统性能的影响,结果表明,系统存在最佳分流比使热效率和发电量最高,相应分流比的范围为0.70~0.75。

熔盐塔式太阳能热发电站中蒸汽发生系统水循环方式的对比分析

蒸汽发生系统水循环方式的选择对熔盐塔式太阳能热发电站的投资经济性及安全稳定运行至关重要。对熔盐塔式太阳能热发电站的蒸汽发生系统进行了介绍,对蒸汽发生系统的两种水循环方式——自然循环方式和强制循环方式进行了技术性和经济性对比分析。分析结果表明:在目前熔盐塔式太阳能热发电站采用高温、超高压参数下,自然循环方式及强制循环方式技术路线均能满足熔盐塔式太阳能热发电站蒸发换热的需求;若选择强制循环方式,在设备选型时,应将强制循环泵的结构及运行环境作为重点进行综合分析;结合国内已建成的熔盐塔式太阳能热发电项目的运行经验及太阳能热发电技术的发展趋势,熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的出口主蒸汽压力在亚临界以下(<16 MPa)时,从技术性、经济性及运行维护方面综合考虑,水循环方式推荐采用自然循环方式。以期为熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的设计选型提供参考。

小型太阳能循环干燥机设计及试验

太阳能循环干燥通过循环系统将太阳能热量转化为干燥过程中所需的热能,特别适用于农产品、食品、木材和纺织品等材料的干燥处理。该文设计一种太阳能热量的循环利用和控制系统,实现农产品持续、循环干燥。通过试验评估该循环干燥机的性能和效率,结果表明,该干燥机在太阳能输入的条件下,能够有效降低湿度,并在较短的时间内完成干燥过程。研究结果可以为太阳能利用在干燥领域的应用提供了新的思路和方法。

太阳能/地热联合有机朗肯循环电厂的能量和火用优化

对突尼斯南部一个太阳能和地热能驱动的有机朗肯循环(ORC)电厂进行了能量和火用分析。分别研究了在冬季和夏季2天内主要运行参数对太阳能/地热联合ORC系统的影响,确定了系统的质量、能量和火用平衡。结果表明,系统不可逆性的主要来源是抛物面通流收集器。为了减少火用损耗,优化系统性能,采用多项式回归分析方法进行优化。由此建立了传热流体的质量流量和入口温度与太阳辐射的关系。该优化方案可使系统的火用效率在冬季提高2.06%~5.44%,在夏季提高1.00%~4.10%。此外,分析显示,在冬季,总能源效率和净功率分别提高了26.6%和21.0%。

太阳能有机朗肯循环发电系统模拟优化研究

针对低温太阳能集热器出水温度为65~90℃的特点,根据有机朗肯循环发电原理,选取R134a、R152a、R600a、RC318、R600、R245fa共6种工质,利用EES平台进行仿真模拟和比较分析。分析结果表明:在此温度范围内,蒸发压力、蒸发温度、系统净发电功率、热电效率及系统吸热量与热源温度变化呈正比关系,且当热源温度为90℃时,RC318系统净发电功率与热电效率最高,分别为12.27 kW、15.42%。当热源温度为85℃时,RC318系统效率达到最高值82.52%。

新型复叠有机朗肯循环太阳能热发电系统的性能分析

提出一种基于两级蓄热罐和复叠有机朗肯循环的太阳能热发电系统。该系统根据太阳辐照度的变化可在额定模式和放热模式间切换,以保证发电的稳定性和持续性。采用联苯-联苯醚同时作为集热、蓄热及顶部有机朗肯循环(ORC)的工质,苯作为底部ORC工质。对系统进行热力学优化,结果表明最大热功转化效率为38.54%,甚至比采用合成油集热、双罐熔融盐蓄热的常规热发电系统效率还高,表明所提出系统具有较好的应用前景。