基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明:通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO_(2)质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.3085时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90~115 kPa、二级闪蒸压力在25~35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO_(2)流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO_(2)透平进口压力的增大而增加,随S-CO_(2)透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。

质子交换膜燃料电池性能优化控制

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的热管理,是影响PEMFC安全、稳定、高效运行的核心关键因素。该文在分析PEMFC热管理子系统的结构,以及关键组成部件(包括空气压缩机、冷却液循环泵和冷却风扇)的工作原理基础上,首先搭建耦合热管理子系统的PEMFC非线性仿真模型,进一步将其简化处理得到用于控制的线性模型;在此基础上,设计基于卡尔曼滤波的状态观测器,以实现对状态和不可测量扰动的估计,从而消除模型稳态误差;随后设计目标计算器,以净输出功率跟踪误差最小化和系统效率最大化为目标,对PEMFC系统工作状态进行优化;进而基于线性控制模型,设计无偏显式模型预测控制(offset-free explicit model predictive control,offset-free EMPC),对优化工作状态进行跟踪控制;最后,搭建一个软件在环(softwareintheloop,Si L)测试平台,通过与传统MPC控制策略的仿真结果对比可得,无偏EMPC控制策略可以显著将净输出功率的平均跟踪误差绝对值从344.29W减小到82.19W,系统效率从40.32%提升到46.56%,算法平均单步计算耗时从26ms降低到11.8ms,并且可以约束PEMFC系统运行在稳定和安全的工况。

多参数的风电输出净功率波动性概率分布研究

风电场在输出风电净功率时,风速、湍流强度以及风剪切等因素会导致并网输出功率的波动性增加,进而增加配电网的电压。为保障配电网安全运行,研究多参数的风电输出净功率波动性概率分布。根据影响风电功率波动的风速、湍流强度以及风剪切系数的分析结果,使用复数据经验模态分解方法提取风机输出功率波动量。将风速、风剪切系数以及湍流强度等参数作为约束条件,建立并校准风电输出净功率波动性概率分布模型,以实现对风电输出净功率波动性概率分布特性的精准获取。试验结果表明,所提模型的概率分布误差在0.01%以内,精度较高。该模型的波动概率值与风电场功率波动性概率分布的波动概率值相似。该模型效果较好。

适应多元源荷接入的配电网两阶段灵活性提升优化方法

配电网灵活性提升优化过程中易受不均匀电压、强磁场、电流效应等问题的干扰,灵活性提升效果不明显。为了解决上述问题,提出适应多元源荷接入的配电网两阶段灵活性提升优化方法。该方法首先采用瞬时功率平衡算法保证配电网达到三相平衡状态,其次通过无功出力与有功损耗的输出特点实现配电网的无功规划,有效地提高配电网运行质量,降低网损。最后采用多元源荷接入的两阶段提升优化法提升配电网的灵活性,第一阶段基于灵活性三指标与多源源荷供给特性构建灵活性提升优化模型,第二阶段考虑配电网灵活性指标的概率平衡性,并采用线性转换算法对模型求解,完成配电网灵活性提升优化。试验结果表明,所提方法的网损率小,净负荷波动曲线小,计算时间短,配电网分布式电源接入的灵活适应性强。可见通过灵活性优化调度,可以有效提升含分布式电源配电网的灵活性,提高配电网接纳分布式电源的能力。

A Compound Cycle for Power Generation by Utilizing Residual Heat of Flue Gas in Electric Steelmaking Process

Electric furnace short process steelmaking is one of the most important steelmaking methods in the world today, and the waste heat recovery potential of electric furnace flue gas is huge.?The research on the recovery of electric furnace flue gas waste heat is of great significance. In order to make better use of this part of the heat,?in this paper, a compound cycle of nitrogen Brayton cycle as a first-order cycle and toluene transcritical Rankine cycle as a second-order cycle is proposed to recover waste heat from furnace flue gas in steelmaking process for power generation. A mathematical model was established with the net output power as the objective function and the initial expansion pressure, the final expansion pressure, the initial expansion temperature and the initial pressure of the second cycle as the independent variables. The effect of multivariate on the net output power of the waste heat power generation cycle is studied, and then, the optimal parameters of the compound cycle are determined. The results show that under the general electric furnace steelmaking process, the power generation efficiency of this new cycle can be increased by 21.02% compared with the conventional cycle.

基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型,包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型,参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征,包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数,研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明:在一定的注入流量、注入温度和净间距下,随着时间的推移,岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大,注入泵功耗是降低的,净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率,进而导致热效率降低,存在最优的注入流量50 kg/s,使得年均净输出功达到最大值1470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率,降低净输出功的年均衰减速率,当注入温度为60℃时,年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率,有利于热效率的提高,但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时,年均净输出功达到最大值1497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。

质子交换膜燃料电池流道尺寸优化

质子交换膜燃料电池具有比能量高、清洁高效等优点,流道作为燃料电池的核心结构之一,其结构尺寸对气体传输、液态水排出都有着重要影响,选择合适尺寸参数对实际运行具有重要意义。以50 mm×50 mm单蛇形流道电池为研究对象,采用数值模拟的方法,建立质子交换膜燃料电池三维两相等温模型,分析流道深度、流道宽度、流道脊宽等参数对电池电流密度、气体传质特性、电池净输出功率、排水性能的影响。结果表明:随着流道深度、流道宽度的减小,参与反应的氧气浓度提高,电流密度也随之提高,电池净输出功率逐渐增大,催化层排水性能逐渐增强,因此电池性能逐渐提高;随着流道脊宽的减小,参与反应的氧气浓度逐渐提高,电流密度随之增大,但电池净输出功率增加幅度较小,氧气浓度增加也较缓慢。

超临界二氧化碳动力循环余热利用方案优化研究

针对燃气轮机余热利用问题,以有回热的超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环为基础,引入中间冷却、中间再热和分流再压缩技术,建立6种循环方案。分别以S-CO_(2)动力循环的循环效率最高和循环净输出功最大为优化目标,采用遗传算法对各方案的参数进行优化,并对每个方案的优化结果进行经济性比较。结果表明:以循环效率最高为优化目标时,引入一次中间冷却、一次中间再热和一次分流再压缩都能不同程度提高循环效率,其中引入一次分流再压缩和一次中间再热的方案6循环效率最高,达到43.29%;以循环净输出功最大为优化目标时,引入一次中间冷却可以增大输出功,引入一次中间再热会减小S-CO_(2)动力循环净输出功,而一次分流再压缩退化为无分流方案,其中引入一次中间冷却的方案2净输出功最大,为82620.02 kW;6个方案的经济性均在以S-CO_(2)动力循环净输出功最大为优化目标时更具优势,原因在于这种情况下对燃气轮机排烟的余热利用效率更高,其中方案2运行20年收益最大,为50.65亿元。

新型跨临界CO_(2)循环冷热电联供系统分析

冷热电联供系统(以下简称联供系统)具有较高的能量转换效率,在中低温余热的利用方面具有显著优势。提出了一种由朗肯循环和喷射式制冷循环组成的新型跨临界CO_(2)循环联供系统,并对其热力学性能进行分析。以同时产生最大净输出功和制冷量(Combined Cooling Power, CCP)模式或同时产生最大净输出功和供热量(Combined Heating Power, CHP)模式作为目标函数,对联供系统进行优化。结果表明:在研究的参数范围内,联供系统具有较理想的净功输出,实现了制冷量和供热量的可调性。研究成果对中低温余热的利用具有借鉴意义。

微电网恒输出功率“光伏+储能”系统的功率和储能容量研究

在电网有充电限制的条件下,根据“光伏+储能”系统需在每天固定时间段内恒定输出功率的要求,提出了一种通过综合考虑“光伏+储能”系统平准化度电成本和净现值收益率来分步确定此类系统最大恒输出功率及储能容量的方法,并以某项目为例,利用MATLAB软件进行了模拟仿真验证。仿真结果表明:所述计算方法有效解决了微电网恒输出功率要求下储能设备容量选择问题。该方法可作为解决同类型问题的参考。

再热-抽汽回热-内回热结合的有机朗肯循环热力性能分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)的热效率,提出了再热、抽汽回热和内回热3种方式相结合的新型有机朗肯循环系统(新型系统),以有机工质R245fa为研究对象,分析了新型系统热效率和火用损失与循环再热蒸汽压力和汽轮机抽汽压力的关系,并将新型系统在最佳再热蒸汽压力条件下的热力性能分别与单一再热ORC、内回热ORC、抽汽回热ORC、抽汽-内回热ORC系统进行计算比较。结果表明:随着汽轮机抽汽压力的提高,新型系统热效率逐渐增大,但增大趋势趋于平缓,其最佳再热蒸汽压力为1.4 MPa;新型系统为最优系统,其热效率达到18.86%,远高于同参数单一再热ORC和内回热ORC,分别比抽汽回热ORC和抽汽-内回热ORC的系统热效率高2.63%和1.51%。

基于最大净功率的PEMFC系统过氧比分层控制

水冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统净输出功率与过氧比(oxygen excess ratio,OER)之间存在非线性、强耦合性的特点,因此,该文提出过氧比分层控制方法,用于PEMFC系统过氧比的寻优和控制。首先,基于离线+在线的过氧比寻优算法作为PEMFC最大净功率过氧比控制的上层控制,基于超螺旋滑模控制算法的反馈控制作为PEMFC最大净功率过氧比控制的下层控制,用以代替传统的PID反馈控制。利用李雅普诺夫函数,证明滑模控制作用下闭环系统的稳定性。搭建RT-LAB实时仿真平台,开展PEMFC系统实时仿真。结果表明,所提出的控制方法能够根据PEMFC系统净功率的实时变化而自动进行过氧比寻优控制,并在负载电流动态变化的情况下,满足净功率最大的性能指标要求,提高系统的运行效率。

350MW火电机组给水泵不同驱动方式的能量价值分析研究

基于能量价值分析计算方法,阐述了给水泵两种不同驱动方式下输出净功率、供电煤耗率、综合煤耗率的3种计算方法,并根据华能东方电厂350 MW机组在日常调峰范围内不同运行方式下的参数,应用3种方法进行了定量分析计算,得出对于调峰负荷在50%～100%情况下的350 MW新建火电机组,采用汽动给水泵方式具有更好的经济效益,给同类型机组给水泵驱动方式的选取提供了借鉴依据。

中国近海捕捞鯷鱼拖网渔船的渔获量分析

根据中国近海捕捞鱼是鱼拖网渔船的实际生产作业情况 ,对近海拖网渔船捕捞鱼是鱼的渔获量进行了分析 ,建立了相应的网次平均产量公式 ,并对该公式进行了验证。

巴基斯坦乌奇(UCH)电站联合循环热力性能试验

介绍了巴基斯坦乌奇(UCH)联合循环电站的热力性能试验程序、特殊条件和一些国际先进经验。

高效率F类对讲机功率放大器的设计与实现

研究了F类射频功率放大器的电路结构与工作原理,并设计了一个工作频段为405～415MHz、输出功率为30dBm、功率附加效率达到65%的高效率低谐波失真的F类对讲机功率放大器。为了达到设计指标,设计采用了一些特殊的方法,包括采用两级单端结构功率放大器结构、F类功率放大器输出匹配网络,并针对谐波失真过大进行了片外滤波器的设计,有效地滤除了谐波(各阶谐波小于-69dBc)。最后采用2μm GaAs HBT工艺F类对讲机功率放大器,经过对实际芯片的测试证明结果完全满足设计指标。

双压膨胀有机朗肯循环中低温余热发电系统的热力性能

基于热力学第一定律与第二定律分析法,结合动量定理与质量守恒定律构建一种双压膨胀有机朗肯循环(ORC)中低温余热发电系统热力性能的预测模型,研究热源温度、蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力、循环倍率、喷射压缩器引射流体在混合室进口的马赫数、工质泵、向心透平及螺杆膨胀机的等熵效率对系统的净输出功率、热效率、余热利用率及?效率等热力性能的影响。结果表明,系统的净输出功率与?效率随着热源温度、蒸发温度、循环倍率及透平等熵效率的增大而升高,但随着夹点温差、闪蒸压力的增大而降低;系统的热效率随着蒸发温度、闪蒸压力及透平等熵效率的增大而升高;系统的余热利用率随着热源温度、循环倍率的增大而升高,但随着蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力的增大而降低。当循环倍率k=2时系统的净输出功率、?效率及余热利用率分别比常规单级ORC系统绝对提高了230.9kW、10.1%和17.9%。

双流体有机朗肯循环系统热力性能分析

为提高有机朗肯循环(ORC)的净输出功率和热效率,提出了双流体有机朗肯循环系统;选择高温循环工质R245fa分别与3种低温循环工质R134a,R152a和R236fa进行组合;采用REFPROP及MATLAB软件进行计算,比较3种组合方式下系统的热力性能。结果表明:高、低温循环工质分别为R245fa和R152a时,系统热力性能优于其他2种组合方案,其所对应系统的最大净输出功率、热效率、火用效率分别为35kW,7.67%和62.53%,高温蒸发温度为417K;系统净输出功率的变化幅度大于热效率和火用效率;系统净输出功率随低温蒸发温度的升高而增大;过热度对系统热力性能的影响较小,说明无需增加过热度来优化系统。

燃料电池空气供应系统动态建模与仿真

空气压缩机为质子交换膜燃料电池系统提供氧化剂和冷却空气,其性能对燃料电池发电系统有很大影响。结合空气压缩机动态特性建立了空气供应系统模型,在此基础上仿真并分析了压缩机对空气供应系统的影响,该模型对进一步研究燃料电池系统的控制方法有重要意义。

梯级换热有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为了充分提高低品位热源回收利用率,降低热源排放温度,本文提出了一种基于有机朗肯循环(ORC)的梯级换热发电系统。系统以地热水为热源,以循环净功率为目标函数,根据热力学第一、第二定律,采用MATLAB软件调用REFPROP编制计算程序进行参数优化,以非共沸混合物作为循环工质对系统进行热力性能分析,并与基本ORC发电系统性能进行比较。结果表明:在最优工况下,基于ORC梯级换热发电系统可有效减小工质与热源在换热过程中的平均换热温差,减少换热不可逆损失,并降低了热源排放温度,提高了热源使用率;在所选工质中,基于ORC梯级换热发电系统热力性能均优于基本ORC发电系统,循环净功率和?效率最大可提高16.07%;选择R601/R236ea为工质时,基于ORC梯级换热发电系统性能最佳。