Recent Progress on Thermal Energy Storage for Coal-Fired Power Plant

With countries proposing the goal of carbon neutrality,the clean transformation of energy structure has become a hot and trendy issue internationally.Renewable energy generation will account for the main proportion,but it also leads to the problem of unstable electricity supply.At present,large-scale energy storage technology is not yet mature.Improving the flexibility of coal-fired power plants to suppress the instability of renewable energy generation is a feasible path.Thermal energy storage is a feasible technology to improve the flexibility of coal-fired power plants.This article provides a review of the research on the flexibility transformation of coal-fired power plants based on heat storage technology,mainly including medium to low-temperature heat storage based on hot water tanks and high-temperature heat storage based on molten salt.The current technical difficulties are summarized,and future development prospects are presented.The combination of the thermal energy storage system and coal-fired power generation system is the foundation,and the control of the inclined temperature layer and the selection and development of molten salt are key issues.The authors hope that the research in this article can provide a reference for the flexibility transformation research of coal-fired power plants,and promote the application of heat storage foundation in specific coal-fired power plant transformation projects.

基于实测数据立式热水储能罐罐壁力学特性分析

为掌握立式储能罐结构的受力特征,基于某30 000 m~3立式热水储能罐项目,依托远程监测技术采集了运行状态下罐壁应力和温度数据,将采集结果与考虑罐底摩擦接触约束建立的有限元模型分析结果进行比较,验证了此有限元模拟方法的合理性;依托实测温度数据,研究了立式储能罐罐壁热力耦合作用下罐壁位移以及应力分布规律。结果表明:罐壁底部和顶部为温度影响敏感区域,温度升高,使其产生压应力;对于环向应力,在底部受温度荷载影响较顶部更显著;而对于竖向应力,影响主要是罐壁底部;温度对罐壁变形影响较大,在空罐时,最大位移位置出现在罐壁最顶端;而满罐时最大变形位置出现在中上部的位置,温度作用大于静水压力对罐壁变形的影响。

双层相变材料复合水箱蓄热特性研究

以双层相变材料复合水箱为研究对象,通过数值模拟和实验研究的方法,对该水箱的蓄热特性进行模拟分析与实验验证,对比分析单、双层相变材料复合水箱的热特性,探究双层相变材料位置对复合水箱蓄热特性的影响规律。研究结果表明,与单层相变材料复合水箱相比,双层相变材料复合水箱的热分层更好,蓄热能力得到提升,双层相变材料复合水箱较普通水箱的蓄热量提高9.7%。双层相变材料距离进出水口位置较远时,相变材料完成熔化的时间更接近,更有利于蓄热水箱的热分层。

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。

石油储罐火灾状态下临近储罐冷却技术分析

围绕石油储罐火灾机理展开分析,以国内外储罐火灾事件作为研究对象,阐述临近储罐的冷却标准以及冷却做法,如健全消防系统、强化消防车辆装备配置,并提出水冷却技术的应用路径,充分利用储罐冷却系统,强化固移结合,为消防灭火救援提供理论支撑。

民用建筑用毛细管相变蓄能罐性能的实验研究

随着民用建筑领域谷电利用和太阳能热利用的广泛推进,相变蓄能罐的开发和应用变得尤为关键。本工作经相变蓄能装置内部传热的理论分析,设计了以高效毛细管换热装置为核心部件的民用建筑相变蓄能罐,搭建了相变蓄能罐性能测试实验系统,记录了工业相变材料的实时温度响应数据,探究了冷热水进口温度、流量及流向对相变蓄能罐热性能的影响。研究结果表明:同进温、同流量下流动介质逆重力流动的换热量是顺重力流动的1.1~1.2倍。流量变化在蓄热阶段占主导,温度变化对放热阶段影响较大,而小流量工况下,出水温度的持续稳定性更好。对于“蓄热快且容量大、放热慢且水温高”的功能需求,蓄热阶段工质入口温度70~75℃适宜,毛细管内工质流速推荐0.025~0.035 m/s。放热阶段毛细管内工质流速建议0.020 m/s以内。同时在实际使用中,30℃、85 L/h出水工况下单台蓄热2次即可满足至少20 m2房间1天的间歇供暖需求,和至少3人次的淋浴需要。本工作为家用蓄能罐的工程应用设计、评价提供参考依据。

太阳能蓄热水箱结构优化及储放热性能分析

显热储热是解决太阳能热利用中不稳定与波动性的一种有效方式。以常见水介质作为显热储能的媒介材料,采取蓄热罐体装置实现太阳能的储放热应用。初选水箱基本形状为圆柱形,对罐底进行锥形结构优化,探究了圆锥底角分别为40°、45°、50°3类工况下蓄热水箱的各自蓄热变化特性。利用Fluent数值软件,基于非稳态层流换热模型,对蓄热装置的体平均温度变化和体最大温度变化等进行了模拟研究。结果表明,当圆锥底角为50°时,蓄热水箱整体充放热性能较优,且该参数下蓄热水箱体平均温度为308.612 K时,比圆锥底角为40°与45°的蓄热水箱体平均温度分别高出0.202%与0.053%。在此基础上,进一步分析了50°蓄热水箱的储热与放热动态变化规律,研究了蓄热水箱内部储、放水过程中各自体积分数、速度场等关键指标的分布特性。该研究可为太阳能蓄热系统的优化设计与工程化应用提供一定参考。

太阳能油储维温系统动态能流分析

提高浮顶油罐内原油加热维温太阳能光热利用率为降低常规能源消耗及拓宽太阳能应用提供了一种新途径。建立太阳能油储维温系统长周期能流输运模型,分析太阳能油储维温系统能流特性,探索系统能量动态影响机制。结果表明:所建模型的模拟值与试验值的最大均方根误差变异系数和标准平均偏差分别为7.86%和7.29%,模型具备有效性;在真空管集热器、相变蓄热箱及辅助热源联合供热条件下,通过控制器协同调控系统使之实现稳定运行;原油平均温度高于设计温度和相变材料平均温度高于相变温度的时长分别占全年时长的74.9%和50.96%,相变蓄热箱和真空管集热器最大供热量占比分别为34.16%和67.07%。

制冷剂为循环介质的螺旋盘管相变蓄热器数学模型

分析了制冷剂为循环介质的螺旋盘管相变蓄热器蓄热过程,建立了其数学物理模型,针对螺旋盘管不规则的几何边界问题,提出了保证数值求解相对精确且不引入更多网格的相变传热隐式数值计算方法.得到了制冷剂温度、干度和蓄热材料温度、蓄热速度的变化规律.结果表明,在初始时刻蓄热器具有良好的蓄热性能,但是经过一段时间后蓄热速度基本恒定且较小,蓄热能力变差.该模型能反映螺旋盘管相变蓄热器的蓄热物理过程,对螺旋盘管相变蓄热器蓄热能力的分析及改善具有一定的参考价值.

太阳能单罐蓄热系统的数值模拟与性能分析研究

文章以太阳能单罐蓄热系统为研究模型,以新型三元熔融盐KNO3-Na NO3-Na NO2为传热、蓄热介质,利用Fluent软件对熔融盐在斜温层蓄热单罐中的流动规律和传热特性进行数值模拟研究。研究结果表明:随着熔融盐入口流速的增大,斜温层厚度逐渐增加,蓄热效率逐渐降低,但过低的入口流速会延长蓄热周期;冬季、夏季工况下,应对罐体进行保温,并减少蓄热进程的中断,以降低热损失,提高蓄热单罐的蓄热效率。研究结果为单罐蓄热系统蓄热效率的提高指明了一条新思路,并为更加复杂的单罐传热以及蓄热模型的改进与研究奠定基础。

加拿大卡尔加里市Okotoks小镇太阳能小区建设

简要介绍了北美目前最大的跨季太阳能储存项目——加拿大Okotoks小镇的太阳能小区建设,对其太阳能供热系统的工作原理及利用土壤床作为储能体进行大规模跨季节太阳能储存的方法进行了分析。该项目根据不同季节可利用太阳能数量的不同,分别设置了短期(临时)太阳能储箱(STTS)及跨季节太阳能储存箱(BTES),以提高太阳能的利用率。其中,BTES的效率可达50％以上。小区太阳能家用热水系统(DWH)可满足住户60％的热水需求,而太阳能采暖系统则可满足90％采暖要求;建成后每幢住宅每年可减排5t温室气体,整个小区可减排260t／年。

一种有效的潜热储能球床放热性能的数值分析方法

针对潜热储能床的数值计算,研究了现有多孔介质模型应用于该问题模拟时的不足,提出利用等效显热容处理相变问题的方法,并将其应用于潜热储能床放能过程的数值模拟中,这样使模型得到极大简化,并且较其他模型能更全面地反映储能床中的相变换热与换热流体流动的信息。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。同时,通过对储能床中的温度分布及换热流体的流场分析,探讨了影响潜热储能床放热特性的因素。

太阳能辅助热泵系统模型和优化研究进展

随着全球气温升高、环境状况日益恶化、能源短缺等问题的突出,世界各国积极开发利用可再生能源,其中太阳能与热泵相结合的技术是新能源利用技术发展的一个重要方向,主要包括太阳能辅助热泵系统供热水、供暖及除湿。从结构、模型、■分析及优化改进等方面对太阳能辅助热泵系统的研究进展进行了综述,为太阳能辅助热泵系统的进一步研究方向提出了建议,认为在提高系统性能和降低成本等方面仍有较大的研究空间。

圆锥形顶太阳能蓄热水箱锥顶结构及运行参数优化

为获得顶部为圆锥形结构的太阳能蓄热水箱最优锥顶结构及运行参数,对水箱在有内置隔板情况下的10种锥顶结构进行了数值设计,结果表明:在给定流动参数条件下,锥顶角在173.1°~118.1°间变化对水箱内热分层影响效果相当,高温热水区域范围略有增大;对于锥顶高度为0.09 m、锥顶角为159.6°的最佳结构水箱,水箱出口附近高温热水区域范围随冷水入口流速增大逐渐缩小、随热水入口温度提高而增大,但提高热水入口温度对于高温热水区域范围的增大程度在较高冷水入口流速时要小于较低冷水入口流速时的情况;在其他流体参数不变的情况下,冷热水出口温差随冷水入口流速增大呈上升趋势,但当冷水入口流速增大到一定值时其对增大冷热水出口温差的贡献趋于平缓;在冷水入口流速较小时提高热水入口温度对于增大冷热水出口温差的贡献要略大于冷水入口流速较大时的情况。热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.9 m/s组合而成的工况适合于"小流量大温差"的热用户运行模式;热水入口温度为333 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况以及热水入口温度为343 K、冷水入口温度为303 K、热水入口流速为0.05 m/s、冷水入口流速为0.1 m/s组合而成的工况适合于热用户对热水供应量需求较大的情况。

太阳能蓄热水箱内置隔板开孔方式对蓄热性能的影响

为研究太阳能蓄热水箱内具有相同开孔面积、不同开孔数量的隔板对热分层及蓄热性能的影响,该文对安装有不同开孔方式隔板的不同流动参数条件下水箱内换热过程进行数值分析。结果表明:热水和冷水入口温度分别为333和303 K、热水和冷水入口流速分别为0.05和0.5 m/s情况下,开孔面积为0.007 9 m^2的1个开孔隔板水箱热分层效率最高,理查森数为2.341;与相同开孔面积的1个开孔隔板相比,开孔面积为0.031 4 m^2的5个开孔隔板使得水箱内高温水的容积得到显、著扩展,开孔数量对水箱冷热水出口温差的影响很微弱,开孔面积越大,开孔数量对理查森数的影响越明显。当用户端用水量在一定范围内变化时,理查森数随用户用水量的增大而减小,在冷水入口流速低于0.3 m/s范围内增大该流速破坏热分层的可能性更大。热水入口温度分别为333和343K对应的热水出口温度最大相对偏差为0.22%,但这2种工况对冷水出口温度几乎没有影响。研究结果可为液体分离设备中的孔板结构优化设计提供一定的理论参考。

相变储能水箱研究综述

对近些年来相变储能水箱的研究进行了回顾,根据相变储能水箱外观结构、相变材料安装方式、换热方式和辅助热源布置方式的不同,对相变储能水箱进行了分类。对相变储能水箱的热工性能、影响因素、研究方式和实验结论等进行了整理和分析,并归纳了不同材料结构和运行工况对相变储能水箱性能的影响,指出了目前相变储能水箱研究内容的不足。

单罐式储能换热系统在热风无纺布工艺中的应用

电费是无纺布纤维定型过程中除原料外的第二大生产成本,如何使其降低成为提高产品盈利的关键措施之一。基于国家为鼓励电力的削峰填谷实施的“峰谷平电价”用电策略,提出一种基于储能技术的纤维定型用单罐式储能换热系统,并对其关键部分的设计方法进行了阐述。结合河北某纺织企业的应用案例,通过理论计算,若采用储能换热系统与传统纤维加热装置相比可节省用电成本约为38%;而实际上,由于单罐工质的循环使得换热器出力下降,必须采用电加热器方可保证工艺运行,实际节省用电成本为25%左右,经济性良好。本文为储能技术在纺织工业的应用和设计方法提供支持。

工厂自然通风的温度效应

对近些年来相变储能水箱的研究进行了回顾,根据相变储能水箱外观结构、相变材料安装方式、换热方式和辅助热源布置方式的不同,对相变储能水箱进行了分类。对相变储能水箱的热工性能、影响因素、研究方式和实验结论等进行了整理和分析,并归纳了不同材料结构和运行工况对相变储能水箱性能的影响,指出了目前相变储能水箱研究内容的不足。

冰浆在蓄冰池中的贮存与融化研究进展

总结分析现有的蓄冰池中冰浆贮存及融化在机理、数学模型、实验方面的研究成果,在此基础上,实验研究了入口冰浆流量、冰浆固相含量、初始液面高度和进水管布置等参数对贮存和融化特性的影响。实验发现使用高浓度的二元溶液、高含量冰浆固相以及增大进口流量都可以使冰浆贮存更均匀;增大融冰溶液的流量、增加扰动以及均匀喷撒溶液是避免"沟道"效应从而实现快速、均匀融冰有效手段。

相变材料太阳能蓄热水箱热特性实验研究

蓄热水箱是太阳能热利用系统中的关键部件之一。为提高太阳能热水系统效率,在蓄热水箱中添加Ba(OH)_2·8H_2O相变材料,在初始水温为80℃、进水温度为5℃的工况下,研究相变材料对蓄热水箱热特性的影响。结果表明:添加相变材料后,蓄热水箱的蓄热量从18.81 MJ提高至19.07 MJ,随着进口体积流量的增大,蓄热水箱混合数先减小后增大,而有效释热率先增大后减小且在3 L/min时达到峰值92.2%。相变材料的加入能够提高蓄热水箱的有效释热率,同时提高水箱的热分层特性,且位置越靠近进口改善效果越好。