热管换热器间距对相变充填体蓄释热性能的影响

为了高效利用高温矿井的地热资源,解决高温环境对开采过程的影响,建立了热管-相变充填体矿井地热开采系统三维非稳态传热数值模型,研究了热管换热器与围岩布置间距对系统温度、相变材料液相分数、循环冷却水温度以及系统蓄热量、释热量的影响。结果表明:热管距离围岩越近,蓄热阶段相变材料熔化越快,蓄/释热共存阶段相变材料凝固越慢;随着热管与围岩间距的减小,热管冷凝端循环冷却水的出口温度和进出口温差增大,当热管与围岩间距从95 mm减小至20 mm时,系统稳定运行时冷却水进出口温差将由2.50 K增大至4.97 K;蓄热阶段,系统蓄热量随时间推移先逐渐增大,后维持恒定不变,蓄/释热共存阶段,系统释热量将以先逐渐减小,后恒定不变的速率持续增大;当热管与围岩布置间距由95 mm减小到20 mm时,系统总蓄热量提高72.89%,系统释热量提高91.10%,系统能效系数由81.71%增大到90.32%。研究结果可为热管-相变材料耦合系统在矿井地热高效开采与利用方面提供理论依据和技术指导。

考虑风电功率预测误差分时补偿的电热联合系统多时间尺度调度

由于风电具有不确定性,风电功率预测误差难以避免。热力系统具备储放热能力,通过调整热功率平移风电功率,可以降低风电功率预测误差的影响。但在风电并入电热联合系统时,风电变化频繁,热力系统具有较大惯性和延迟,难以与风电功率同步;同时,热力系统不同区域对电力系统指令的响应速度也不同。因此,为了解决利用热力系统补偿风电功率预测误差时响应时间不同步的问题,提出了一种考虑风电功率预测误差分时补偿的电热联合系统多时间尺度调度策略。首先,分析概率区间误差评估和实时预测误差评估的评估周期。然后,研究热力系统中供热区域和管网的时间特性。最后,在日前阶段利用响应速度较慢的供热区域补偿评估周期较长的概率区间误差,在实时阶段利用响应速度较快的管网补偿评估周期较短的实时预测误差,建立了多时间尺度调度模型。算例分析表明,所提策略实现了不同调度周期、不同预测误差评估周期、不同热力系统区域响应速度在时间上的匹配,减少了风电功率预测误差的影响,提高了系统的风电消纳能力。

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明:外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。

考虑供热管网储热的综合能源系统多时间尺度优化调度

综合能源系统供热管网储热具有巨大的调控潜能,针对此特性,基于二阶迎风隐式方程建立热网动态特性模型,并提出一种考虑管网储热的综合能源系统多时间尺度调度方法。首先,在日前调度阶段,考虑管网的储热特性并进行主动调控以提高系统运行的经济性;日内上层调度阶段,利用管网储热特性消除供热延时效应,并在日前调度的基础上对设备出力进行修正;日内下层调度阶段,对电力系统在更小的时间尺度上进行调度以满足其响应时间较短的特性。算例分析结果表明,提出的供热系统模型可以有效计算热力潮流与管网储热量,提出的多时间尺度调度方法能够在兼顾经济性的同时有效平抑源荷波动,实现系统安全稳定运行。

日光温室钢管屋架管网水循环集放热系统的性能分析与试验

为探讨日光温室蓄放热新途径,研究了钢管屋架管网水循环集放热系统,测试了该系统的集热与蓄放热状况。理论计算表明,在屋架间距为1 m,上、下弦杆件均为外径33.5 mm的圆管时,系统的太阳能截获率可达7%～8%。在室内地面面积为620 m2的日光温室中的冬季测试结果表明,容积为8.6 m3的蓄热水体白昼日平均蓄热温升4.7℃,平均蓄热量为149 MJ,蓄热流量为8 721 W;夜间水体日平均放热温降2.5℃,平均放热量为78.9 MJ,平均放热流量为5 974 W;与对照日光温室相比,平均提高夜间室内最低气温2.4℃。屋架集放热系统利用温室原有屋架作为集热与放热构件,不会妨碍室内的生产作业,同时成本低,运行管理简单,容易维护。

日光温室平板微热管阵列蓄热墙体热性能试验

为提高日光温室复合结构墙体热稳定层的温度并提升温室墙体材料的蓄热性能,该研究提出一种新型日光温室平板微热管阵列蓄热墙体(Micro Heat Pipe Array,MHPA),搭建了小型MHPA墙体温室试验台,采用对比试验的方法,结合温室墙体温度、墙体蓄放热量以及温室环境温度等评价参数,对比分析了典型日MHPA墙体的蓄放热特性及其改善温室热环境效果。结果表明,与普通温室相比,冬季典型晴天,放热时段(17:00至次日9:00)MHPA墙体内表面平均温度提高1.6~2.3℃,由室内向室外沿墙体厚度方向0~370 mm区域内MHPA墙体内部的平均温度提高2.7~4.0℃;MHPA温室的平均温室环境温度提升1.2~1.5℃,地表面平均温度提升0.6~1.0℃;MHPA墙体的日总蓄热量提高了8.93%~14.35%,日总放热量提高了2.24%~8.07%,且在夜间23:00至次日7:00 MHPA墙体的放热速率高于普通墙体的,平均提升11.53%。因此,MHPA墙体引入于日光温室墙体中可提升温室墙体材料的蓄放热性能,改善温室热环境。该结果可为日光温室平板微热管阵列蓄热墙体的应用提供参考。

竖直地埋管蓄取热特性试验与模拟

在搭建的砂箱试验台试验分析了在单一工况蓄/取热运行模式对双U地埋管动态传热特性的影响。在试验验证的基础上,建立三维动态传热数理模型,数值分析了单一工况运行模式下土壤分层和地埋管管径等因素对双U型地埋管土壤传热特性的影响,并对比分析了单/双U型地埋管传热特性。试验研究结果表明:单一蓄/取热下,连续运行时土壤温度变化幅度随径向距离的增加而减小;蓄热时,进口温度为50℃和60℃的单位井深换热量要明显比进口温度为40℃时高;取热时,进口温度为4.2℃的单位井深换热量较进口温度为6.8℃时高。间歇蓄热运行模式下土壤温度波动幅度随开停比的减小而增加;间歇取热运行模式下在同一时间内开停比越小,土壤温度越接近土壤初温。模拟研究结果发现:在土壤分层下,双U型地埋管单位井深换热量较单U型地埋管单位井深换热量高19.87%;土壤温度均随地埋管管径的增加而增加,单U型地埋管以管径为32 mm时的单位井深换热量为最好,而双U型地埋管以管径为25 mm时的单位井深换热量为最好,前者单位井深换热量较后者低11.56%。

基于内模PID算法的固体电蓄热风机控制系统研究

固体蓄热电锅炉管网供水温度是由风机系统调控的,运行特征为明显的非线性、较长的延迟时间以及输出惯性强。因此,我们可尝试将内模控制算法施加到常规PID控制之上,设计出了以PLC为工具、内模PID为控制算法的固体电蓄热风机控制系统。与传统PID控制相比,该系统在阶跃响应静态和动态性能多方面指标均具有更加良好的表现,从而验证了内模PID算法的优越性。

城市供热管网系统蓄热研究与优化

基于北京市某小区居住建筑的供暖季逐时热负荷,建立城市供热管网系统的一部分进行数值模拟计算,提出了一种新的蓄热调节方法。使用数值模拟分析此蓄热调节方法的蓄热能力、移峰填谷能力及其在供暖季的运行情况。结果表明此蓄热方式在供暖季运行中不会造成供热管网系统热损失的大幅增加;所搭建的供热管网系统模型具有一定的日内蓄热量,且日内蓄热量随室外平均温度的增加而增加;此模型在供暖季供热管网系统的总蓄热量占热电厂热源供暖季热输出的21.19%;此蓄热方式可以大幅提高热电厂热源供热的灵活性,不会明显增加热电厂热源在供暖季的总热输出。

热网特性对弃风消纳效果的影响研究

储热可平移热负荷,通过削热峰填热谷解耦热电机组"以热定电"约束,提高风电消纳率,故而研究了热网储热、衰减、延时特性对弃风消纳效果的影响。分析了不考虑热网衰减、延时特性时管网储热的弃风消纳机理以及热网衰减、延时特性对管网储热弃风消纳效果的影响。建立了管网储热模型,构建了计及热网储热、衰减、延时特性的电热联合系统调度模型。实例仿真分析结果表明:管网储热配合电锅炉可进一步消纳弃风,且可替代储热式电锅炉的储热装置,节约装置成本;衰减特性引起了热网供热损耗和热源供热功率增加以及管网储热量减少,不利于消纳弃风;延时特性使热电机组供热功率与风电错峰,有利于消纳更多弃风,但不会影响管网储热量和管网储热的弃风消纳效果。

脉动热管/相变储能耦合技术研究进展

介绍了脉动热管/相变储能耦合技术的研究情况,从储热(工业余热回收)及电池热管理2方面归纳了耦合技术的工作原理及应用效果,结合耦合系统中各部分强化传热及相容性的研究,概括了其设计思路,最后对耦合技术的进一步研究做了展望。

基于双U地埋管蓄取热耦合工况下土壤动态传热特性试验研究

为了探索蓄取热耦合工况下双U竖直地埋管周围土壤动态传热特性,自行搭建砂箱试验台,试验研究了蓄热取热耦合(冷热交替)运行模式对土壤温度分布和单位井深换热量的影响。试验结果表明:土壤温度随运行时间呈现出周期性上下波动的变化规律;随着径向距离增加,土壤温度上下波动幅度减小;单位井深换热量则呈现先急剧跃升后再下降趋于稳定,随后再急剧跃升的周期性变化规律;等功率、变蓄热功率和变取热功率三种工况中,连续运行模式下等功率工况的土壤温度上下波动幅度最小,而间歇运行模式下变取热功率工况的土壤温度上下波动幅度最小;连续运行模式下的平均单位井深换热量以等功率工况为最高,而间歇运行模式下的则以变蓄热功率工况为最高。

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。

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。

平板微热管式相变蓄热装置蓄放热特性研究

工业石蜡材料具有优良的蓄热性能,但是导热能力不好,为了增强其与流体间的热量交换能力。通过借助平板微热管阵列出色的导热能力,构思了一类新型相变蓄热设备,并借助试验方法对其性能进行了研究。

基于热电一体化调峰的区域能源综合利用综述

我国北方风电装机容量和并网规模不断增大,而供暖期“以热定电”的政策,限制了热电联供机组的灵活调峰,在浪费大量能源的同时,造成了一定的弃风现象,与双碳战略发展目标相悖。利用热电一体化调峰技术,推动区域能源系统实现热电协同,为可再生能源提供上网空间,是节约能源、减少碳排放的有效方法之一。对热电联供机组热电一体化调峰、减少碳排放、促进可再生能源消纳的方法以及国内外相关研究现状进行综述,探讨了热电一体化调峰方案的建模与优化方法,分析总结不同方案的优缺点和适用性,针对不同区域的能源特点,提出与之匹配的热电一体化调峰方案。

基于吸收式机组的长输管网蓄热调峰能力研究

针对我国热电厂采用“以热定电”的运行方式导致的“热电耦合”问题,以实际长输管网为例,分别建立蓄热调峰负荷、吸收式换热机组等数学模型,编写Python程序,研究基于吸收式机组的长输管网蓄热调峰能力及其影响因素。研究结果表明:采用吸收式机组的长输管网具有较强的蓄热调峰能力,经过4 h蓄热可提供306.79 MW调峰负荷以及至少14 h的调峰持续时间;长输管网的蓄热调峰能力会随机组供热负荷、调峰时段室外平均温度的增加而增加;相比于传统水-水热交换器,采用吸收式换热机组的长输管网蓄热调峰负荷上限会降低44.62%,但调峰可持续时间增加75%,更适合长时间、低负荷调峰。

分布式蓄热罐容量优化及二级管网调节改进

介绍分布式蓄热,二级管网调节方法研究现状,对分布式蓄热罐容量优化及二级管网调节方法改进途径进行综述。国内外均重视分布式蓄热,二级管网调节方法的研究。采用蓄热罐在带来良好经济效益的同时,还能实现节能减排,蓄热罐容量对供热系统的经济性存在较大影响。对分布式蓄热罐容量进行优化,是提高供热系统经济性的有效方法。在热网的运行调节方面,变频泵技术受到了广泛关注,对变频泵变流量调节与分布式蓄热系统相结合的优化研究还比较缺乏。

热管式相变储热装置的工况切换与效率研究

提出一种热管式的相变储热装置,采用集总参数法,深入考虑热管内部的汽-液耦合特征、储放热工况切换过程中的流动与传热特征,在Simulink环境中搭建了热管式相变储热装置的动态模型。定义了装置的无量纲温差,研究了其对装置储-放热工况切换速率的影响;揭示了影响装置的储热效率、放热效率的关键因素及规律。结果表明,工况切换时的无量纲温差越大,装置的响应速率越慢;在热管工作极限之内,合理地分配各管段的热阻,可以有效地提高装置的储热效率和放热效率。