基于全年负荷的复合能源系统双层协同整体优化方法

将可再生能源技术、储能技术与天然气冷热电联产技术相融合的复合能源系统是构筑未来清洁低碳、安全高效能源体系的重要方式。然而,这种复合能源系统结构复杂、变量众多、各种形式的能量输出相互耦合,难以优化;同时,由于气象参数及用户侧需求的强烈波动,对能源系统的设计优化通常需要详细的模拟和大量的输入数据,而现有方法在长时间尺度的优化上无法兼顾计算速度及其准确性。为此,基于全年逐时负荷,设计一个结合遗传算法和优劣解距离法的双层协同多目标整体优化框架。内层以运行成本、余热利用率、电网交互为目标优化余热分配比及发电单元功率;外层则以年成本、一次能源消耗、二氧化碳排放为目标优化设备容量,通过内外层间的迭代确定设备最优容量及运行规划。此外,通过与基于典型日负荷的典型日优化方案对比发现,基于全年负荷的全年优化方案下的年成本、二氧化碳排放、一次能源消耗、电网依赖程度分别减少3.64%、3.04%、17.56%及40.27%,整体表现优异,表明该方法可为研究类似能源系统的设计和运行优化提供有效借鉴和解决方案。

太阳能利用技术及其应用

结合太阳能利用技术及应用领域的最新进展,介绍了太阳能资源的优缺点及其在中国的分布状况,系统地综述了太阳能主要利用技术的研究进展和应用,详细论述了太阳能在国内外的开发利用情况,指出我国加快发展太阳能产业应采取的措施。

采用热管冷却技术的太阳能光伏电–热一体化系统性能分析

太阳能光伏电–热(photovoltaic-thermal,PV-T)一体化系统将光伏组件与太阳能热利用系统组合在一起,具有较高的太阳能综合利用效率。针对热管具有高效传热和均温性能的特点,提出一种采用热管冷却技术的太阳能光伏电-热一体化系统;基于光伏电池板传热过程特点及换热器的传热有效度——传热单元数(ε-NTU)法,对热管式PV-T系统的电池板温度、冷却流体出口温度以及系统电效率和热效率等热电转换性能进行了理论分析和计算。结果表明,热管式PV-T系统的电池温度变化幅度在2.5℃以内,系统电效率和热效率分别达到6.99%～7.46%和51.0%～63.2%。该文提出的理论方法为研究热管式PV-T系统热电转换性能提供了一种新的途径,可用来分析和讨论相关参数对热管式PV-T系统性能的影响。

立体环境风下菲涅尔聚光光伏系统电输出特性

研究聚光条件下实际环境风对系统性能的影响对聚光光伏系统的设计和运行具有重要的意义。针对线性菲涅尔聚光光伏系统,采用光–热–电耦合模拟方法,分析立体环境风的风速和风向角(包括入射角和偏向角)对系统电输出特性的影响。结果表明:随风速增加,平均电效率η_(el)上升,且不同光伏电池板倾角α下η_(el)差异性减小;风向角θ从15°增加到75°,环境风入射角减小,偏向角增大,两者共同作用导致在倾角α≤60°时,η_(el)先单调递增后单调递减,在θ=45°时达到最大,且风速较低时,η_(el)(θ=15°)>η_(el)(θ=75°),风速较高时则相反;在倾角75°时η_(el)表现为先升高后降低再升高的趋势,且风速大小不影响η_(el)的变化规律;随着倾角的增大,各倾角下最大平均电效率对应的偏向角和入射角也逐渐增大。研究结果从理论上揭示了立体环境风对菲涅尔聚光光伏系统电输出特性的影响机制和规律。

低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术试验研究

为有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题,采用低浓度瓦斯蓄热氧化系统替代燃煤锅炉为煤矿供热,介绍了低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术工艺流程及阳煤五矿低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热示范工程。通过现场试验运行,考察环境温度、抽采瓦斯浓度及流量、进风井进风量等参数对井筒加热效果的影响规律,为优化系统工艺提供控制参数选取依据,为提高系统运行安全性和稳定性提供理论支撑。试验结果表明,环境温度和进风井进风量主要影响系统热量需求,应改变低浓度瓦斯蓄热氧化装置的热能输出以适应热量需求的变化;抽采瓦斯浓度和抽采瓦斯流量主要影响系统热量生产,应调整低浓度瓦斯蓄热氧化装置的运行参数,以适应热量生产工况的变化。同时,在调整蓄热氧化装置的运行参数或热能输出时均需满足系统运行的安全性、协调性及稳定性要求。

一种过冷器耦合的准二级压缩热泵系统特性分析及优化

提出了一种过冷器耦合的准二级压缩空气源热泵系统,该系统由两个三套管换热器将两个带过冷器的准二级压缩热泵系统耦合成一个系统,其除霜方式为基于热气旁通除霜的系统耦合除霜,解决了热气旁通除霜时室外换热器产生液态制冷剂的蒸发问题,提高了空气源热泵在低温高湿环境下运行的性能;对新系统正常制热工况进行仿真优化,找出低温工况的最佳中间温度及相应补气系数;对最佳中间温度进行关于冷凝温度和蒸发温度二元线性拟合并得到经验拟合公式。

洁净燃煤发电技术全生命周期评价

采用全生命周期分析方法,建立清洁燃煤发电技术的完整性生命周期清单,提出了一个新的全生命周期综合评价指标。对循环流化床、增压流化床联合循环、整体煤气化联合循环和超超临界清洁燃煤电厂,从建设、运行、退役3个阶段的能源和资源消耗、环境影响、生命周期成本进行评价,并对4种电厂进行了生命周期综合评价。结果表明,超超临界发电的能源回报率高、环境影响较小、资源和成本低,其综合评价指标较好。最后提出我国发展清洁燃煤发电技术的建议。

DSG槽式太阳能集热系统数学模型及动态特性

该文利用数学模型研究了直接蒸汽发电(direct steam generation,DSG)槽式太阳能集热系统的动态特性。建立了DSG槽式太阳能集热系统非线性集总参数数学模型。对于DSG集热系统中的蒸发环节,分别建立了其在3种可能运行方式下的移动边界模型,并给出了在蒸发环节运行方式发生变化时,数学模型的切换方法。通过数值仿真实验,研究了DSG槽式太阳能集热系统在太阳辐射强度变化及给水流量变化等主要扰动工况下的响应特性,分析了蒸发环节运行方式发生变化时系统主要参数的动态行为。

纳米流体的低温蓄冷释冷特性及其谷电蓄冷应用研究

工业用谷电低温蓄冷是电力需求侧管理的一项有效措施,但现有蓄冷材料的过冷度太高,导致制冷机组的能效比太低。文中在Ba Cl2-H2O共晶盐水溶液中添加Ti O2纳米粒子,制备成悬浮稳定的Ti O2-BaC l2-H2O纳米流体蓄冷材料,在蓄冷装置中对Ti O2-Ba Cl2-H2O纳米流体与Ba Cl2-H2O共晶盐水溶液进行蓄冷和释冷对比实验,结果表明:Ti O2-Ba Cl2-H2O纳米流体的过冷度受到极大抑制;蓄冷时,Ti O2-Ba Cl2-H2O纳米流体冻结完成时间比Ba Cl2-H2O共晶盐水溶液大大提前,蓄冷率和蓄冷量均大幅度提高;释冷时,前者比后者的释冷速度快,单位时间内释放的冷量多。对蓄冷系统的传热分析表明,纳米流体有助于强化系统的总传热系数。在重庆啤酒厂的低温蓄冷系统中采用Ti O2-Ba Cl2-H2O纳米流体,其移峰填谷效果显著,投资回收期仅22个月,说明Ti O2-Ba Cl2-H2O纳米流体是一种很有潜力的工业用低温蓄冷材料。

超低浓度煤层气在流化床燃烧过程中相间的传热传质特性

气泡相和乳化相间的传热传质对超低浓度煤层气在流化床中的燃烧有重要的影响。基于流化床内能量平衡和质量平衡的建立了数学模型,结合催化动力学实验,研究了相间传热传质系数的变化,分析了床层温度、颗粒粒径、气泡直径、进气甲烷浓度对相间的传热传质特性的影响。研究表明:床层温度、颗粒粒径增加时,传热系数减小、传质系数增大、出口处无量纲甲烷浓度减小;存在一个临界气泡尺寸使相间的传热系数最大,颗粒粒径增大时,临界气泡尺寸略减小、出口处无量纲甲烷浓度增加;进气甲烷浓度对传热传质系数影响较小。

垃圾与煤混烧烟气脱酸的模拟及实验

通过在喷雾干燥塔内加装均流装置优化垃圾与煤混烧的烟气净化塔结构,利用Fluent软件包,对加装均流装置的喷雾干燥塔的烟气脱酸过程进行数值模拟。结果表明:塔内烟气充满度更高,流场得到优化;垃圾与煤混烧比增大时,SO2浓度减小,HCl浓度增加;SO2、HCl的净化效率随均流装置开孔区域直径的增加而增加、随化学计量比的增加而增加,HCl的净化效率随化学计量比增加的趋势不如SO2明显;SO2、HCl的净化效率随着Ca(OH)2浆滴粒径的增加,都是先升高,后降低。

无风条件下带有玻璃盖板的倾斜封闭矩形腔体散热特性实验研究

为了对腔体内外部耦合散热特性进行研究,建立带有玻璃盖板的倾斜封闭矩形腔体热损失特性实验台,在无风条件下对封闭矩形腔体的底部进行电加热,研究在不同的倾角、热流梯度参数k以及热流密度下,腔体内部以及玻璃盖板外表面的复合换热系数h_（in）和h_（ex）、玻璃盖板外表面的平均对流热损失努谢尔特数Nu_（cm）和平均辐射热损失努谢尔特数Nu_（rm）的变化规律,并获得相关实验关联式。研究表明,在较小倾角下（q￡60°）腔体内部的复合换热系数h_（in）总是要比外部hex大,带有玻璃盖板的封闭矩形腔体热损失主要受玻璃盖板外表面的传热过程控制;随倾角的增大,h_（in）与h_（ex）差异减小;Nu_（cm）随倾角的增大而增大;Nu_（rm）随k的增大而减少,随热流密度的增加而增加。

适于煤矿乏风催化燃烧的高性能催化剂制备方法实验研究

通过正交实验设计,改变负载贵金属焙烧温度、贵金属含量和铂钯质量比,采用浆料涂覆法和浸渍法制备了含有稀土元素涂层的铂、钯贵金属整体式催化剂。借助于BET和SEM分析方法对催化剂的物理化学性质进行了表征。在常压连续流动固定床反应器中,用乏风瓦斯系统地考察了上述3种制备条件下的催化剂性能,以及空速对催化剂性能的影响。实验结果表明,催化剂的最佳制备条件为:负载贵金属焙烧温度750℃,贵金属含量1.41 kg/m3,铂钯质量比6∶1。在空速为40 000 h-1、反应温度为450℃条件下,乏风中甲烷转化率可达98.9%。

基于幂法则的太阳能热风系统性能研究

利用数值模拟方法研究温升、"抽力"与体积流量关系以及集热棚半径、涡轮压降对系统性能参数的影响规律,所得的温升-体积函数关系可为初始设计中系统及设备性能的分析、控制算法的设计提供帮助。结果表明,"抽力"与体积流量间函数以最佳流量为分界点呈不同关系:低于最佳流量时,"抽力"是流量的一次函数;大于最佳流量时,"抽力"是流量的幂函数,其指数m与最佳压降比f_(opt)存在关系f_(opt)=(2-m)/3,通过幂函数求得的系统最大功率、最佳涡轮压降比与实际值的误差均在3.5%内。随着集热棚半径的增大,幂函数指数、一次函数斜率、系统功率、空气温升、蓄热层温升等均表现出增大趋势,最佳压降比、集热棚净效率、单位面积功率及热流密度均呈减小趋势。随涡轮压降增大,空气温升速率增大、"抽力"增大速率逐渐增大,且涡轮压降增大与"抽力"增大的共同作用导致流量随涡轮压降增大而线性减小。

考虑组分迁移影响的混合工质ORC系统的最优充灌

非共沸混合工质ORC发电系统存在组分迁移现象,即工质循环浓度偏离充灌浓度。针对非共沸混合工质ORC系统最优充灌问题,以采用R600a/R601为工质的ORC系统为研究对象,通过循环优化得到最优循环浓度及循环各节点状态参数,导入基于Smith两相流模型及热力学平衡假设建立的两相区状态参数计算模型,结合传热计算,得到最优充灌质量与浓度。分析冷凝段冷却水设计温升及储液罐内设计积存工质质量对最优充灌质量和系统浓度偏移量的影响,结果表明:1)随着冷却水设计温升增大,最优充灌质量与浓度偏移量增大;2)随着储液罐内设计工质质量增大,最优充灌质量增大,浓度偏移量减小。该研究为设计条件下非共沸混合工质ORC系统的最优充灌提供了理论指导。

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量,考虑冷却水循环,分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值,而综合评价函数为经济性目标函数和?效率的加权和,以不同的优化目标函数,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明,在一定膨胀比下,热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小,存在最佳蒸发温度;优化目标函数不同,系统存在不同的最佳冷凝温度,以综合评价函数为优化目标,可确定较优的最佳冷凝温度;以R245fa为工质时,最佳蒸发温度为390K,最佳冷凝温度为316K,膨胀比为6.6,热效率可以达到12%;工质的选择对系统性能有很大影响,不同评价指标下系统的性能分析也不同。

湿法脱硫塔入口烟气调温耦合余热回收工艺系统节能分析比较

火力发电厂中脱硫系统能耗较高,脱硫塔前烟气具有较大余热回收潜力,合理的脱硫塔入口烟气参数可提高脱硫性能并降低水耗。为此,文中提出了4种将烟气调温与余热回收进行耦合的系统方案,并计算了系统能耗、投资以及投入运行后机组的节煤量。在此基础上,结合能量汇入温差最小的?损分析原则,在保证高脱硫效率的前提下,提出了优化的分级烟气调温与余热回收方案,可将余热分别回收至机组第六、七级低加,能使系统?损百分比降低为1.05%,机组供电标准煤耗降低3.29g/(k W·h)。

白马600MW超临界CFB锅炉二次风系统均匀性试验与数值模拟

循环流化床作为一种新型洁净燃烧技术,具有燃烧效率高、燃料适应性广和污染物排放低等特点。循环流化床在大型化的过程中面临着燃烧均匀性问题,而这与二次风的均匀性密切相关。文中以白马600 MW超临界CFB锅炉二次风系统为研究对象,通过实炉试验测量与数值模拟方法,发现现有二次风系统存在二次风分布不均的现象。实炉冷态测量显示采用支管风门挡板调节可以提高二次风均匀性,且在现有机组上易实施,但会增加支管流动阻力。通过数值模拟方法对二次风系统进行研究,结果表明通过调整部分支管阻力,可使优化后的二次风系统出口速度偏差率均小于5%,其适用于新机组设计。

真空探针冷冻和复温性能实验测试及数值模拟

针对现有的冷热复合治疗探针中存在的问题,设计了直径3 mm的真空探针,用电阻加热和真空层相结合的方法解决探针非工作段的低温问题,以液氮冷冻和电阻加热的方式实现探针的冷热交替过程。分别在空气、蒸馏水和离体猪肝中进行探针的性能测试实验。发现电加热与真空层结合可以提高探针非工作段的温度;在蒸馏水中探针形成轴向长度为3.6 cm,径向长度为1.8 cm的冰球;在离体猪肝中形成轴向冻结直径约为3.6 cm,化冻直径为1.2 cm的区域。使用数值计算的方法计算探针的有效治疗范围,形象直观地展示组织在冷冻和复温过程中的温度场分布,为临床手术提供数据支持。从整体效果看,探针有良好的冷冻和复温性能,促进冷热复合治疗的进一步发展。

超临界CO_(2)水平管内动态冷却传热特性数值模拟研究

该文利用有限元与CFD的方法建立一维和三维模型,对超临界CO_(2)的动态冷却传热性能进行研究。该文比较了两种模型在外部热流密度发生扰动时的动态响应与反馈,并探讨浮升力效应对管内超临界CO_(2)动态流动换热影响。结果表明:超临界CO_(2)动态冷却的三维动态模拟与一维动态模拟所得出口参数的响应时间具有较大差距;三维模型和一维模型的出口参数动态响应时间在温度接近临界区且管径较大的时候有着较大的差异,浮升力作用是造成两者差异的主要原因之一;浮升力效应通过理查德森数进行量化,在相同管径条件下,Ri越大,三维模型和一维模型之间的差距越大,在Ri大于0.1时,三维动态和一维动态之间响应时间差距较为明显。