基于斜温层等效容积的大型蓄热罐动态特性分析

斜温层蓄热罐可以提高热电联产(combined heat and power,CHP)机组在供热期间的调峰能力,因此逐渐向大型化发展,但设计参数对蓄热罐的性能影响较大,且采用目前的性能评估方法效率较低。为此,建立大型蓄热罐的物理模型及数学模型,研究蓄热过程中斜温层的形成及变化过程,提出斜温层等效容积的概念,同时分析结构参数及运行参数对斜温层等效容积的影响。结果表明:形成稳定斜温层后,随着蓄热量的增加,斜温层厚度变化不大,采用斜温层等效容积可以更高效的评估蓄热罐的性能。比较不同工况下蓄热罐等效容积的相对变化量可知,不同影响因素对斜温层等效容积的影响从高到低排序依次为布水器布置、蓄热流量、高径比和冷热水温差。研究成果为大型蓄热罐的性能评估提供了一种新参考。

高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究

高海拔地区太阳辐射强烈、空气密度低、气候寒冷等特殊条件对太阳能蓄热罐体热损失特性及保温设计产生较大影响。通过建立太阳能集中供热系统大型蓄热罐体的动态热损失模型,明确了高原特殊边界条件对蓄热体传热影响并对蓄热罐传热模型进行了实验验证;模拟了全年动态运行条件下不同尺寸蓄热罐体的散热规律,并分析了多种保温材料的高原适应性及蓄热罐体的经济保温厚度。结果表明:高海拔地区大型蓄热罐保温材料宜优先选择聚氨酯或岩棉;厚度取值受经济性约束,当蓄热罐体积为5000 m^(3)时,采用聚氨酯保温的厚度推荐取50~70 mm,采用岩棉保温的厚度推荐取70~100 mm;当蓄热体积为10000 m^(3)或15000 m^(3)时,保温采用聚氨酯保温的厚度推荐取70~80 mm,采用岩棉保温的厚度推荐取90~110 mm;并得到了大型蓄热罐体年热损量、回收期随保温厚度变化的定量关系。

考虑风电不确定性的热电厂蓄热罐运行策略

热电厂配置蓄热罐可有效提高其供暖期负荷低谷时段的下调峰能力来消纳弃风电力,但在国内需要通过集中调度确定充放热运行策略以充分发挥其调峰潜力。为考虑风电不确定性,建立了基于多场景的含储热的电热综合调度模型来优化确定蓄热罐运行策略;进一步为减少计算复杂性,提出一种简化的实用化确定方法。算例验证了两个模型的有效性,并且表明两者所确定的蓄热罐运行方式差异很小,因此实用化确定方法完全可替代基于多场景的电热综合调度模型。

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明:加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。

相变蓄热罐传热过程的数值模拟

针对翅片管蓄热罐内的热水流动传热以及石蜡的相变蓄热进行了计算流体力学仿真.以蓄热罐的单个蓄热单元为研究对象进行了三维几何建模和非稳态数值计算,所得到的仿真数据能较全面地反映出蓄热单元传热过程中温度场和相变界面的变化规律,对蓄热罐的结构设计和优化运行有重要的参考价值.

新型太阳能混合蓄热罐的放热特性

针对单罐系统的放热效率普遍较低,在单罐的基础上进行改进,增加一个壳管式相变换热器,构成单罐混合蓄热罐。建立了单罐混合蓄热罐的数值模型,将数值模拟结果与实验结果进行对比,研究了相同情况下混合蓄热罐与常规斜温层蓄热罐在放热特性方面的差异,并探究入口熔融盐速度和石英石颗粒直径的变化对蓄热罐放热特性产生的影响。结果表明,在入口熔融盐速度u_(in)=2.0×10^(–4)m/s下,混合蓄热罐的放热性能比常规斜温层蓄热罐更优;随着入口熔盐速度的增加,蓄热罐的总放热时间、有效放热时间以及放热效率均下降,并且混合蓄热罐中不同速度与放热效率有一定的比例关系;相对于常规斜温层蓄热罐,石英石颗粒直径的变化对混合蓄热罐放热性能的影响很小。

考虑虚拟电厂经济运行的蓄热罐定容配置

新型热电系统中,蓄热装置可有效解耦"以热定电"约束、消纳弃风功率。针对蓄热罐容量最优配置问题,在风电–热电–蓄热罐–碳捕集虚拟电厂运行模型中,增设蓄热罐投资和维护成本,并将其折算为日折旧与日维护成本,建立了以实现虚拟电厂总投资运行成本为最低的目标函数,并考虑热电联产机组的热电耦合约束及蓄热罐、碳捕集机组爬坡运行约束等。仿真结果表明,对蓄热罐容量进行优化定容后,比传统给定蓄热罐容量更经济、蓄热作用更高效。蓄热罐最优容量不仅取决于虚拟电厂的经济性,同时还受虚拟电厂中碳捕集、风电消纳等约束影响,无碳捕集、风功率消纳比例要求越高,则蓄热罐最优容量越大。

太阳能熔盐蓄热罐蓄热过程的性能研究

对太阳能熔盐蓄热罐的熔化和蓄热过程进行了数值模拟研究,结果表明相同蓄热罐不同的加热内管间距对熔化和蓄热过程有着显著影响。其中,200 mm管间距的蓄热罐熔化和蓄热过程较管间距为120 mm的蓄热快,并且温度分布比较均匀。研究结论对蓄热罐的结构设计和优化运行具有一定的参考价值。

基于蓄热罐运行平面的电热耦合系统调度策略

热电联产机组在配置蓄热罐后可增加电网消纳新能源的能力,但由于蓄热罐的接入也同时增加了电网调度的难度。提出一种基于蓄热罐运行平面的电热耦合系统调度策略,该策略可对蓄热罐进行实时控制,从而进一步增加风电的消纳量。在考虑风电不确定性的基础上,采用一种简化的方法确定最佳蓄热罐运行平面。该文采用不同情景下的算例验证平面的一般性和准确性。结果表明,与传统的调度策略相对比,此控制策略在实时调度中可进一步增加风电的消纳量。

促进风电消纳的蓄热罐运行策略

热电厂中配置蓄热罐有助于改善其调峰能力和提高风电接纳水平。鉴于蓄热罐的引入一定程度上增加了电厂调度的难度,提出了基于双线性模型的调度策略以开展热电机组与蓄热罐的协调运行。所提调度策略中采用了蓄热罐运行状态的预判方法,并重点应用了弃风率和成本增长率的技术指标,通过调整电出力以减小弃风,控制热出力以降低运行成本,并进一步考虑风电的不确定性,制定了最优调度方案。算例分析表明,所提调度策略能够高效利用蓄热罐的蓄放热能力,提高风电接纳量与优化机组成本。

考虑风电消纳的热电厂蓄热罐效益成本分析

在电-热联合系统中,应用大容量储热可提高电力系统运行控制的灵活性,从而提升系统消纳风电的能力。针对蓄热罐配置的效益成本问题,建立了热电厂配置蓄热罐方案的成本效益模型,将含储热的电力系统电热综合调度模型所得的参数代入,计算得到热电厂配置蓄热罐的总收益。仿真算例采用MATLAB中的数学规划求解器GUROBI进行求解。仿真结果表明:存在最优储热系统配置容量,使整体效益最佳;该模型能够有效分析热电厂配置蓄热罐的效益和成本。

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。

梯形蓄热罐形状对蓄热性能影响的数值研究

蓄热可应对太阳能光热利用中的间歇性问题,可提供平稳的热能输出,提高能源品质。固液相变蓄热因其蓄热密度大、蓄/放热过程温度恒定等优点备受关注。固液相变蓄热过程中存在相变材料熔化与温度不均匀的现象,难熔区域极大地延长了整体相变蓄热时间。本工作提出了一种通过改变蓄热罐形状来改善熔化不均匀现象的设计方法,设计了5种具有不同梯度比的梯形相变蓄热罐;通过数值模拟方法研究了5种梯形蓄热罐的蓄热性能,得出以下结论:增加上部区域相变材料的比例有利于将热量及时传递到固态区域,减小了热量传递的阻力,加快了整体传热速率。增加上部区域相变材料比例(即模型1和模型2)的完全熔化时间较基准模型3的完全熔化时间都有缩短,分别减少了39.06%和29.37%。研究结果为相变蓄热罐结构设计和工程应用提供一定参考。

考虑电转气热回收与蓄热罐的风电消纳低碳经济调度

考虑强放热性的电转气可与蓄热罐协同运行,负荷低谷时段电转气甲烷化反应释放热量可高效注入热网,为消纳弃风提供了新途径。提出一种考虑电转气热回收与蓄热罐协调运行的风电消纳低碳经济调度模型,引入碳交易机制,以系统碳成本、燃料成本、弃风成本、电转气成本与供气效益最小为目标函数,考虑热电机组的热电耦合、机组爬坡功率、电转气出力、热和电功率平衡等约束。仿真结果表明,考虑电转气热回收可有效地提升了风电的消纳能力,降低系统的总成本和碳排放量。最后,分析了电转气单位运行成本对系统风电消纳能力与经济性的影响。

供热系统中蓄热罐建设方案的分析

某供热区域以热电联产机组为基本热源、以燃气锅炉房为调峰热源。本文为以该供热系统为研究对象,搜集其电联产机组、燃气锅炉房和供热管网运行数据,并进行统计分析。根据负荷波动情况,确定蓄热罐系统建设规模。结合本工程用地情况,对蓄热罐系统进行了选型计算。根据热网运行情况,制定了蓄热罐系统的运行控制策略。最后,对本蓄热罐工程建设的经济效益与社会效益进行了分析,认定本工程在经济与社会效益上都是可行的,符合国家资源规划布局及节能减排的政策。

长输热力管网中蓄热罐的稳压作用研究

近年来,电厂长输供热工程逐年增多,然而长距离大高差的热力管网的水力安全运行一直是工程设计和管理运行关注的重要问题。一般来讲,伴随长输供热管网工程建设的还有大型蓄热罐系统,将蓄热系统与长输管网结合,来验证蓄热罐的稳压作用。通过模拟管网中停泵带来的水锤冲击,对比蓄热罐定压和常规补水泵定压的动态水力结果,发现蓄热罐可以降低回水管路的高压冲击,保护管路和换热设备。

基于CFD的蓄热罐斜温层数值模拟

蓄热罐是一种提高能源利用率的蓄热技术,起到“削峰填谷”、节能减排等重要作用。蓄热罐采用自然分层原理进行蓄热,冷热水交界面会形成斜温层,斜温层内温度近似线性变化。为了得到蓄热罐蓄热过程温度分布,本文采用计算流体力学(CFD)方法对不同时刻的蓄热过程进行了数值模拟,并比较了不同进出口温差下斜温层的厚度。模拟结果表明:随着蓄热过程的进行,蓄热罐内会形成稳定斜温层;斜温层厚度随着进出口温差的减小而减小;减小斜温层厚度会提高蓄热罐的蓄热效率。

适用于长输热力管网的蓄热罐系统研究

随着可再生能源的快速发展和火电的转型,电厂进行供热改造的需求日益增强。电厂至热用户的长输管网工程建设已经开始普及。参考北欧的发展经验,在长输管网中设置配套的蓄热罐系统,可以有效地实现热电解耦,增强电厂发电的灵活性和供热的稳定性。本研究完成了适用于工程实例的蓄热罐的选型计算,实现了蓄热罐与大高差长输热力管网的结合。在输送能力为1 350 MW的长输热力管网中设置容量8万m^(3)蓄热功率400 MW的蓄热罐,能够实现热电解耦,电厂机组灵活调峰幅度提高16%,全年累积蓄热量达29.1万MWh。电厂调峰产生的效益可以在4年左右超过蓄热罐建设投资。综上,在长输热力管网中引入蓄热罐,可以大幅提升电厂调峰能力,提升供热稳定性和可靠性,同时具备良好的经济性。

基于Fluent的单罐蓄热特性模拟分析

采用熔盐储热是解决高效、低成本储能与实现减碳减排目标之间矛盾的一种有效途径。以熔融盐为储热介质,熔盐蓄热单罐储热系统能够实现太阳能―热能的有效转换,并可以用来存储和释放能量。选取不同几何形状的内壳式蓄热单罐模型,利用Fluent数值软件,计算各模型的PCM(Phase Change Material,简称PCM)平均温度和热罐内部液相分数并进行对比分析,结果显示,四棱柱管壳式储热罐的蓄热量较好,蓄热速率较大且储热性能更优。选择四棱柱管壳式蓄热罐作为研究对象,通过改变导热流体的进口温度和流速以及相变材料的导热系数,分析不同工况下PCM平均温度的变化:当导热流体进口温度从597 K上升到747 K时,管壳式蓄热罐中的PCM平均温度由394 K升高到441 K;在导热流体进口速度由0.3 m/s上升到2.2 m/s的过程中,蓄热罐中的PCM平均温度由446 K上升到473 K;导热系数在0.277 W/(m·K)增加到1.277 W/(m·K)的过程中,PCM平均温度增高约27 K。该研究可为蓄热单罐的优化设计及应用提供一定参考。

径向圆盘布水器斜温层蓄热罐性能优化研究

配置斜温层蓄热罐是实现热电联产机组热电解耦的有效手段之一。为提升斜温层蓄热罐性能,本文建立了大型斜温层储罐的数值模型,采用现场实验验证了模型的可靠性。进而,研究了布水器尺寸对罐内斜温层形成以及厚度的影响规律。结果表明,当布水器直径与罐直径之比从0.127增大到0.167而无量纲数保持不变时,斜温层的厚度逐渐增厚;在相同流速下,由于无量纲常数和布水器尺寸这两个因素的共同影响,斜温层厚度变化并不明显。