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火-储耦合系统深度调峰综合经济性分析

储能科学与技术 2024年

作者：张成凤朱轶林胡东子富征阳徐玉杰沈国清王亮陈海生华北电力大学能源动力与机械工程学院中国科学院工程热物理研究所

火电机组耦合储热技术，可提高机组的热电解耦能力，减少深度调峰对系统安全性和经济性的影响。本文提出了火电机组与填充床储热的耦合系统，在考虑了机组变工况、填充床储/释过程动态时间序列基础上，通过Ebsilon建立了耦合系统变工况... 详细信息

火电机组耦合储热技术，可提高机组的热电解耦能力，减少深度调峰对系统安全性和经济性的影响。本文提出了火电机组与填充床储热的耦合系统，在考虑了机组变工况、填充床储/释过程动态时间序列基础上，通过Ebsilon建立了耦合系统变工况仿真模型；分析深度调峰对耦合系统热力性和碳排放量的影响，通过汽水分离器筒体应力变化分析深调对锅炉寿命损耗的影响，通过转子寿命损耗率曲线分析深调对汽轮机寿命的影响，最终建立耦合系统调度运行经济性模型，开展综合经济性分析。结果表明：火-储耦合系统比自身变工况减小碳排放量7418t/年（仅配置风电）-9216t/年（仅配置光伏）；深度调峰对锅炉寿命损耗的影响大于汽轮机，火-储耦合系统可提高系统运行寿命，深度调峰318次/年，相比于机组自身变工况（30%-20%额定负荷）可提高15.3%；火-储耦合系统深度调峰收益高于火电机组自身变工况，当填充床释热量用于发电或供热时，耦合系统比自身变工况收益分别增加40万/年、72万/年。

关键词：火电机组储热深度调峰综合经济性系统寿命碳排放

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冷却水耗功对有机朗肯循环影响的热力学分析

机械工程学报 2018年第18期54卷 180-186页

作者：朱轶林李惟毅孙冠中天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300350 中国电力科学研究院北京100192

由于有机朗肯循环的热效率相对较低,冷凝过程放热量大,冷却水耗功对系统性能的影响较大。研究中考虑冷却水循环,定义水泵耗功比为冷却水耗功与循环功的比值,对有机朗肯循环的系统性能进行热力学分析,研究了冷却水耗功模型中重要参数的... 详细信息

由于有机朗肯循环的热效率相对较低,冷凝过程放热量大,冷却水耗功对系统性能的影响较大。研究中考虑冷却水循环,定义水泵耗功比为冷却水耗功与循环功的比值,对有机朗肯循环的系统性能进行热力学分析,研究了冷却水耗功模型中重要参数的影响规律。研究结果表明:提高蒸发温度,水泵耗功比下降;提高冷凝温度,水泵耗功比增大。环境温度为20℃和冷却水初温为25℃时,冷凝器有最小的不可逆损失19.03 kW,系统有最小的不可逆损失为140.32 kW。冷却水温升对水泵耗功比的影响显著,冷却水温升减小,水泵耗功比非线性下降;提高水泵扬程,水泵耗功比线性增大。冷却水温升小于8 K或水泵扬程大于15 m,水泵耗功比大于5%,冷却水耗功对系统净输出功的影响不能忽略。

关键词：余热回收有机朗肯循环冷却水循环 [火用]分析净输出功

固定化碳酸酐酶的酶学性质和催化吸收CO2特性的实验研究

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固定化碳酸酐酶的酶学性质和催化吸收CO2特性的实验研究

作者：朱轶林重庆大学

学位级别：硕士

碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA)是目前发现的CO2水合酶最快的催化剂,能够将CO2快速催化转换成HCO3-。将烟气中CO2利用CA酶催化吸收分离出来,可提高CO2的捕集速率,有效促进CO2的吸收,是至今发现最具有前景的CO2捕集应用技术。酶的固定... 详细信息

碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA)是目前发现的CO2水合酶最快的催化剂,能够将CO2快速催化转换成HCO3-。将烟气中CO2利用CA酶催化吸收分离出来,可提高CO2的捕集速率,有效促进CO2的吸收,是至今发现最具有前景的CO2捕集应用技术。酶的固定化技术不仅可以提高酶的稳定性,使酶易于产物分离,而且固定化酶具有一定的机械强度和形状,可布置在反应器中连续生产,且反应过程容易控制。利用碳酸酐酶的仿生生物法吸收烟气中的CO2,为CO2的捕集和封存提供了新方法。本论文采用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法,耦合制备固定化CA,由量热法测定酶活力。论文首先研究了固定化酶的酶活力回收率,对比固定化酶和游离酶的酶学性质,探究最适p H和温度、热稳定性和酸碱稳定性、储存稳定性、烟气中常见金属离子对固定化酶稳定性的影响;其次在反应釜考察了温度和载酶量对固定化酶吸收CO2的影响,进一步研究了固定化酶的操作稳定性和凝胶微观结构;最后,在在立式反应器进行了固定化酶吸收N2/CO2模拟烟气中CO2的特性实验,研究了载酶量和气体流量对溶液p H和反应终止p H的影响,并用反应终止CO2体积分数φ和p H表征CO2吸收效果。实验结果表明:海藻酸钠包埋和戊二醛交联制备方法简单,固定化酶的酶活力回收率是56.3%,酶活力回收率高。固定化酶的最适反应温度为30℃,比游离酶高5℃;最适p H为7,在p H=5.0～12.0范围内,固定化酶有较高的酶活力。固定化增强了酶的空间结构,提高了酶的热稳定性和p H稳定性。酶的固定化显著提高了储存稳定性,有利于酶在工业上的广泛应用。烟气中常见金属离子对固定化酶稳定性的影响不同,Ca2+和Mn2+是固定化酶的弱抑制剂,Pb2+和Hg+抑制固定化酶的活力,Zn2+和Al3+对固定化酶的活力影响不明显,Cu2+和Fe3+显著提高固定化酶的活力。温度对固定化酶的酶活力影响大,固定化酶在反应釜内T=30℃下催化吸收CO2效果显著。固定化酶的活力随着温度的升高先增大再减少,在T=30℃时,10%的反应时间完成了80.2%的催化反应,催化吸收CO2的量是空白试验的4.2×103倍。SEM显示反应后的固定化酶表面出现大量形状不规则的小孔,固定化和催化吸收CO2后的凝胶孔隙结构变的发达,有利于反应物和底物进出,提高反应速率,。固定化酶在反应釜具有较高的连续操作稳定性,用氯化钙溶液重整可提高固定化酶的酶活力。固定化酶在立式反应器显著提高去离子水催化吸收模拟烟气中CO2的反应速率。载酶量小时,气体流量是影响吸收CO2效果的主要因素,增加气体流量,载酶量成为影响吸收CO2效果的主要因素;气体流量增大,载酶量对溶液反应终止p H的影响减小,提高载酶量,气体流量对溶液反应终止p H的影响减小;气体流量增大,CO2吸收效率下降,提高载酶量,CO2吸收效率上升;气体流量为650m L·min-1和载酶量为1 mg时,固定化酶在立式反应器催化吸收模拟烟气中CO2效果显著;固定化提高了酶的操作稳定性,固定化酶在立式反应器连续操作6次后,依然保持54.4%的相对酶活力。

关键词：碳酸酐酶固定化生物催化 CO2吸收立式反应器

固定化碳酸酐酶的特性及催化吸收CO_2的实验研究

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环境科学学报 2015年第11期35卷 3473-3478页

作者：唐强朱轶林陈艳容宋赟卞海波重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030

采用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法固定碳酸酐酶,比较游离酶和固定化酶的酶学性质,并用固定化酶催化吸收CO2.实验结果表明：固定化酶的酶活力回收率是56.3%;最适反应温度为30℃,最适p H为7,在T=30-40℃和p H=6-10区间有稳定和很高的相对... 详细信息

采用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法固定碳酸酐酶,比较游离酶和固定化酶的酶学性质,并用固定化酶催化吸收CO2.实验结果表明：固定化酶的酶活力回收率是56.3%;最适反应温度为30℃,最适p H为7,在T=30-40℃和p H=6-10区间有稳定和很高的相对酶活力;固定化酶在60℃温浴1 h后,能保持39.8%的相对酶活力,而游离酶已经基本完全失去活性,固定化酶在p H=5.0-11.0范围内p H稳定性显著;固定化酶在T=30℃下催化吸收CO2效果显著,10%的反应时间完成了80.2%的催化反应,催化吸收CO2的量是空白试验的4.2×103倍,SEM显示反应后的固定化酶表面出现大量形状不规则的小孔,空隙结构变得发达;固定化酶具有良好的储存稳定性和操作稳定性.

关键词：碳酸酐酶固定化生物催化二氧化碳吸收

综合能源系统的发展历程、典型形态及未来趋势

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太阳能学报 2021年第8期42卷 84-95页

作者：王永真康利改张靖赵伟朱轶林赵军清华大学能源互联网创新研究院北京100084 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京100084 河北科技大学建筑工程学院石家庄050018 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中低温热能高效利用教育部重点实验室天津大学天津300350

基于能源互联网"三横四纵"的概念框架,该文按能量利用特征将综合能源系统的发展历程划分为孕育、概念、起航和升华4个阶段,并梳理了各阶段对应的关键技术及典型形态,即:1)孕育阶段,以基于能的梯级利用的天然气冷热电联产系统为主;2)概... 详细信息

基于能源互联网"三横四纵"的概念框架,该文按能量利用特征将综合能源系统的发展历程划分为孕育、概念、起航和升华4个阶段,并梳理了各阶段对应的关键技术及典型形态,即:1)孕育阶段,以基于能的梯级利用的天然气冷热电联产系统为主;2)概念阶段,以基于能的因地制宜的分布式能源系统为主;3)起航阶段,以基于能的多能互补的综合能源系统为主;4)升华阶段,以基于能的互联互济的能源互联网为主。可看出,综合能源系统是在能源转型驱动下逐渐形成的"冷热电气"多能源供应态势,并在互联网技术下逐渐体现出能的"商品化"共享特征,相关形态的规划、标准以及示范工程也已先行先试。最后,从熵的角度阐释综合能源系统能量流和信息流高度融合的机制,印证泛在能源网成为综合能源系统的未来趋势。

关键词：能量转换热泵分布式能源综合能源系统能源互联网

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

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化工进展 2016年第12期35卷 3858-3865页

作者：朱轶林李惟毅孙冠中唐强高静曹春辉中低温热能高效利用教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 区域能源系统优化教育部重点实验室(华北电力大学) 北京102206 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400030

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... 详细信息

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。

关键词：有机朗肯循环余热回收经济性能效率参数优化

固定化碳酸酐酶在立式反应器催化吸收模拟烟气中CO_2的实验研究

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环境科学学报 2016年第3期36卷 1057-1063页

作者：朱轶林唐强孙冠中陈艳容宋赟卞海波重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 华北电力大学区域能源系统优化教育部重点实验室北京102206

利用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法固定碳酸酐酶,并在立式反应器进行了固定化酶吸收CO2的特性实验.实验结果表明:固定化酶的酶活力回收率是56.3%;固定化酶显著加快模拟烟气中CO2的吸收;载酶量小时,气体流量是影响吸收CO2效果的主要因素,... 详细信息

利用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法固定碳酸酐酶,并在立式反应器进行了固定化酶吸收CO2的特性实验.实验结果表明:固定化酶的酶活力回收率是56.3%;固定化酶显著加快模拟烟气中CO2的吸收;载酶量小时,气体流量是影响吸收CO2效果的主要因素,气体流量增大,载酶量成为主要因素;气体流量增大,载酶量对反应终止p H的影响减小;载酶量增大,气体流量对反应终止p H的影响减小;气体流量增大,CO2吸收效率下降,载酶量提高,CO2吸收效率上升;气体流量为650 m L·min-1和载酶量为1 mg时,固定化酶催化吸收CO2效果显著;固定化酶具有较高的操作稳定性;SEM显示反应后的固定化酶表面出现大量形状不规则的小孔,空隙结构变得发达.

关键词：碳酸酐酶固定化立式反应器生物催化 CO2吸收

生物质有机朗肯循环热电联供系统的热经济分析

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太阳能学报 2021年第12期42卷 312-319页

作者：朱轶林王永真张新敬李惟毅李君李浩杰天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300350 荷语鲁汶大学机械工程学院赫尔2440比利时中国科学院工程热物理研究所北京100190 清华大学能源互联网创新研究院北京100084 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030

构建生物质直燃有机朗肯循环热电联供系统,定义供暖系数表征输入供暖系统和有机朗肯循环的能量分配关系,通过热力学分析和经济评价优化系统参数。研究结果表明:升高蒸发温度,供暖系数减小;供热水/回水温度较高时,系统有较大供暖系数、... 详细信息

构建生物质直燃有机朗肯循环热电联供系统,定义供暖系数表征输入供暖系统和有机朗肯循环的能量分配关系,通过热力学分析和经济评价优化系统参数。研究结果表明:升高蒸发温度,供暖系数减小;供热水/回水温度较高时,系统有较大供暖系数、效率和热效率,而发电效率、一次能源节约比和系统总投资较小;以动态回收年限或投资利润率为目标优化的蒸发温度小于以系统运行年限利润总额现值为目标确定的最优值。所研究的生物质有机朗肯循环热电联供系统的一次能源节约比为5.91%~12.78%,投资利润率为3.25~3.88,系统能源利用率较高且热经济效益显著。

关键词：生物质热电联供热力学经济分析有机朗肯循环

计及能值的中国电力能源系统可持续性综合评价

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全球能源互联网 2021年第1期4卷 19-27页

作者：王永真朱轶林康利改高峰张靖清华大学能源互联网创新研究院北京市海淀区100084 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京市海淀区100084 中国科学院工程热物理研究所北京市海淀区100190 河北科技大学建筑工程学院河北省石家庄市050018

电力能源系统的绿色发展关系经济活动的可持续发展,因此,电力能源系统的定量可持续性评价是"碳中和"目标下能源结构转型评价的关键工作。为定量统一分析不同发电技术的能量、经济及环境效益,首先采用能值分析理论对光伏、风电、水电、... 详细信息

电力能源系统的绿色发展关系经济活动的可持续发展,因此,电力能源系统的定量可持续性评价是"碳中和"目标下能源结构转型评价的关键工作。为定量统一分析不同发电技术的能量、经济及环境效益,首先采用能值分析理论对光伏、风电、水电、燃气及燃煤5种发电模式的能值可持续指数进行分析,发现现有技术经济水平下风电的能值可持续指数最优。其次,综合考虑能值可持续指数、发电效率、全生命周期成本3个维度指标,基于灰色关联分析法构建了计及能值的中国电力能源系统可持续性综合评价体系,量化分析了2020—2050年中国电力结构由以煤炭为主转向以清洁能源风光为主的可持续性。所提的能值可持续性评价方法,能够为区域能源转型的量化研判提供参考。

关键词：能值分析环境负载可持续性能源转型电源结构