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Ni-Al掺杂的钙基热化学储热循环性能研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：丁历威陈冬吕洪坤侯成龙国旭涛黄泰格肖刚祝培旺浙江省清洁能源与碳中和重点实验室(浙江大学) 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院

以CaCO3/CaO可逆反应为基础的钙基热化学储热具有能量密度高、成本低、储存时间长等特点，是下一代CSP技术的储热方案之一。在储、放热循环过程中，钙基的反应活性会迅速降低，制约了它的进一步应用。为了改善这一问题，本文通过溶胶凝... 详细信息

以CaCO3/CaO可逆反应为基础的钙基热化学储热具有能量密度高、成本低、储存时间长等特点，是下一代CSP技术的储热方案之一。在储、放热循环过程中，钙基的反应活性会迅速降低，制约了它的进一步应用。为了改善这一问题，本文通过溶胶凝胶法和球磨法制备了掺杂NiAl2O4的改性钙基储热材料，系统研究了NiAl2O4掺杂对钙基储热循环稳定性和储热/放热过程中反应性能的影响。实验结果表明：NiAl2O4掺杂对提升CaCO3/CaO循环稳定性起到显著的作用，20次循环时的放热效率可达84%以上，其中，当掺杂摩尔比为100:6:12(Ca:Ni:Al)时，改性材料展现出了最佳的稳定性，20次循环时的放热效率为88.7%，是未改性的1.6 倍；在反应温度750℃的煅烧-碳酸化等温循环过程中，NiAl2O4掺杂可以提升反应速率，促使碳酸化反应更早开始，减少反应时间。结合表征结果，提出了掺杂NiAl2O4改善钙基循环稳定性的反应过程：NiAl2O4均匀分布在钙基材料表面，可以有效抑制钙基的团聚，从而减缓循环性能的衰减，改善CaCO3/CaO在储、放热循环过程中的反应性能。

关键词： CaCO CaO 热化学储热循环稳定性

塔式太阳能吸热器曲面涂层吸收率测试方法研究

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热力发电 2024年第4期53卷 1-8页

作者：黄羿珲陈冬肖刚祝培旺帅威张添浙江省清洁能源与碳中和全国重点实验室浙江杭州310027 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027 浙江大学嘉兴研究院浙江嘉兴314031

吸热器涂层吸收率的准确测量对吸热器性能评估、优化具有重要意义。目前吸热器涂层吸收率的实验研究大多局限于平面金属基材。以塔式太阳能熔盐吸热器圆柱形吸热管为研究对象,提出蓝丁胶法和漫反射盒法2种广泛适用的测量曲面涂层吸收率... 详细信息

吸热器涂层吸收率的准确测量对吸热器性能评估、优化具有重要意义。目前吸热器涂层吸收率的实验研究大多局限于平面金属基材。以塔式太阳能熔盐吸热器圆柱形吸热管为研究对象,提出蓝丁胶法和漫反射盒法2种广泛适用的测量曲面涂层吸收率测试方法。蓝丁胶法器材准备简单,操作复杂;漫反射盒法器材准备复杂,操作简单。2种方法在测量过程中隔绝环境光线干扰,得到各种涂层附着于平板和圆管表面的测量吸收率,通过不同涂层在平板和圆管上的吸收率对应关系建立拟合曲线,从而修正测量数据得到吸热管涂层吸收率,拟合曲线精确性R^(2)≥0.995;不遮光条件下直接测量2.5cm直径吸热管吸收率,最大相对误差为13.39%,使用蓝丁胶法和漫反射盒法后相对误差分别降为0.27%和0.45%,2种方法各点结果相对误差之差小于0.30%,测量过程中涂层吸收率越大,各因素对测量结果影响越小;在蓝丁胶测试方法中,吸热管直径越大,测得的吸收率越小。

关键词：涂层太阳能吸热器吸收率测试

太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出波动策略研究

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动力工程学报 2023年第6期43卷 717-723页

作者：代佳豪肖刚祝培旺杨嘉敏浙江大学浙江省清洁能源与碳中和重点实验室杭州310027 浙江大学青山湖能源研究基地杭州311300

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式... 详细信息

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式提出了4种运行策略。结果表明:4种策略均能在一定程度上降低光伏输出功率波动性,且在相同蓄电池容量下,策略二光伏输出功率波动性最小,策略三蓄电池最大充电功率最小;随着蓄电池容量的增加,4种策略光伏输出功率波动性均在减少,并且策略二和策略一在平抑输出功率波动性能力上不断接近;在储热与储电容量比例为3∶4时,策略一~策略四相对仅光伏运行时的输出功率波动性分别减少了80.7%、88.3%、50.5%和55.1%。

关键词：光伏太阳能空气布雷顿循环蓄电池波动性运行策略

基于PNGV模型与自适应卡尔曼滤波的铅炭电池荷电状态评估

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储能科学与技术 2023年第3期12卷 941-950页

作者：陈正王志得牟文彪祝培旺肖刚浙江省清洁能源与碳中和重点实验室浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江省能源集团有限公司浙江杭州310006 浙江大学嘉兴研究院浙江嘉兴314031

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。... 详细信息

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。本工作首先通过静流间歇滴定技术探究铅炭电池的荷电状态与开路电压关系,后通过混合脉冲功率性能试验得到铅炭电池的伏安特征数据,建立一阶Thevenin和一阶PNGV等效电路模型,利用基于代理模型和灵敏度分析的随机算法(surrogate optimization algorithm,SOA)对两种等效电路模型进行参数辨识。在此基础上,利用扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)估计铅炭电池SOC,估算过程考虑噪声干扰。另外,在铅炭电池SOC初值未知的情况下,EKF算法不能准确估计铅炭电池SOC。因此,本工作提出采用自适应扩展卡尔曼滤波算法(adaptive extended Kalman filter,AEKF)对铅炭电池进行状态估计,来弥补EKF的不足。结果表明,在存在噪声且SOC初值未知的情况下,AEKF算法较EKF算法和安时积分法更能准确估计铅炭电池SOC,在给定SOC初值为0.9时,误差最小,为3.91%,验证了算法的有效性与适用性,提高了铅炭电池荷电状态估计的准确性和可靠性。

关键词：铅炭电池荷电状态 PNGV模型自适应卡尔曼滤波

锰基金属氧化物高温化学储热装置的设计与数值模拟

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中国电机工程学报 2023年

作者：甘晟池祝培旺刘意强吕洪坤侯成龙来振亚罗仁令肖刚国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省清洁能源与碳中和重点实验室(浙江大学)

金属氧化物储热可与太阳能空气布雷顿发电系统结合，实现高质量发电和快速调峰调频。为满足空气布雷顿发电系统对储热装置的运行调节需求，本文构建了储热装置耦合流动换热和化学反应的数值计算模型，模拟与实验结果最大相对误差不超过6... 详细信息

金属氧化物储热可与太阳能空气布雷顿发电系统结合，实现高质量发电和快速调峰调频。为满足空气布雷顿发电系统对储热装置的运行调节需求，本文构建了储热装置耦合流动换热和化学反应的数值计算模型，模拟与实验结果最大相对误差不超过6.2%。基于数值模型对设计的一台锰基金属氧化物储热装置进行数值模拟，结果表明储热装置等温线和等反应速率线均呈抛物线型，不同位置的温度曲线在还原和氧化反应温区分别出现“平台”区域，区域高度和长度受升降温速率影响。相较于纯显热储热部分，热化学储热装置的总储热容量提升了61.4%。研究结果可为太阳能空气布雷顿发电系统中金属氧化物储热装置设计和运行调控提供参考。

关键词：太阳能热利用化学储热储热装置金属氧化物数值模拟

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塔槽耦合光热系统镜场效率研究

热力发电 2022年第5期51卷 41-47页

作者：张春琳周志伟陈昕祝培旺肖刚聂婧中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

太阳能光热发电技术能量输出稳定,可用于电网调峰,是太阳能高效利用的重要方式。其中,塔式光热发电技术的集热储热温度高,系统发电效率高,具有很大的发展潜力。但由于余弦效率的影响,当塔式镜场容量超过一定限值时,镜场效率会随着镜场... 详细信息

太阳能光热发电技术能量输出稳定,可用于电网调峰,是太阳能高效利用的重要方式。其中,塔式光热发电技术的集热储热温度高,系统发电效率高,具有很大的发展潜力。但由于余弦效率的影响,当塔式镜场容量超过一定限值时,镜场效率会随着镜场容量增大而降低,而槽式光热发电技术不受余弦效率影响且几乎与容量无关。因此,提出塔槽耦合的集热方案,并利用MATLAB软件对100 MW塔槽耦合光热发电系统进行光学效率仿真研究。结果表明:在总集热量不变的情况下,塔槽耦合光热系统年均光学效率达到50.65%,比单纯塔式镜场提高3.04百分点;当塔高为260 m时镜场效率比180 m时提高2.52百分点,同时塔与槽的镜场面积比从2.35降低至2.22;针对不同纬度和容量的塔槽耦合系统,提出了塔槽耦合镜场的适用范围,以期为新型太阳能光热发电系统的设计提供参考。

关键词：塔槽耦合光热发电系统镜场塔式槽式 MATLAB软件光学效率

高碳石煤循环流化床焙烧灰渣酸浸提钒试验研究

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稀有金属 2014年第1期38卷 123-129页

作者：李龙涛曾伟强施正伦蒋啸祝培旺浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

以西北某省高碳石煤为研究对象,通过石煤循环流化床焙烧,灰渣直接酸浸提钒实现碳、钒资源的综合利用。在对石煤中钒的赋存状态进行分析的基础上,考察高碳石煤循环流化床的焙烧特性,同时针对硫酸浓度、酸浸温度、酸浸时间、液固比等因素... 详细信息

以西北某省高碳石煤为研究对象,通过石煤循环流化床焙烧,灰渣直接酸浸提钒实现碳、钒资源的综合利用。在对石煤中钒的赋存状态进行分析的基础上,考察高碳石煤循环流化床的焙烧特性,同时针对硫酸浓度、酸浸温度、酸浸时间、液固比等因素对钒浸出率的影响,进行了灰渣酸浸提钒的试验研究。研究结果表明:钒主要赋存于钒云母和铁铝氧化物中,分别占总钒含量的73.89%和14.78%;循环流化床焙烧温度为850℃时,燃烧效率可达69.17%,高碳石煤热能得到了有效利用,同时,焙烧脱碳也有利于钒的富集,对灰渣酸浸提钒过程中钒浸出率的提高亦有正面影响作用;赋存于不同矿物中的钒浸取难度不同,游离氧化物中的钒最易浸出,铁铝氧化物中的钒较易浸出,钒云母矿物中的钒最难以浸出;硫酸浓度、酸浸温度、酸浸时间、液固比等对钒的浸出均有影响,而硫酸浓度和酸浸温度的影响更为显著。较适宜的酸浸条件为:硫酸浓度6 mol·L-1,酸浸温度110℃,酸浸时间2 h,液固比2.5∶1.0。在此条件下,钒浸出率可达88.61%。

关键词：高碳石煤钒循环流化床酸浸

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云母型含钒石煤灰渣空白焙烧提钒试验研究

稀有金属 2014年第3期38卷 480-486页

作者：李龙涛祝培旺施正伦蒋啸曾伟强浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

为探究云母型含钒石煤空白焙烧提钒工艺的可行性,以西北某地云母型含钒石煤为研究对象,对石煤进行循环流化床燃烧利用其热能后,通过细磨技术对石煤灰渣进行预处理,同时,针对灰渣粒度、焙烧温度、焙烧时间、空气流量等焙烧因素对钒转浸... 详细信息

为探究云母型含钒石煤空白焙烧提钒工艺的可行性,以西北某地云母型含钒石煤为研究对象,对石煤进行循环流化床燃烧利用其热能后,通过细磨技术对石煤灰渣进行预处理,同时,针对灰渣粒度、焙烧温度、焙烧时间、空气流量等焙烧因素对钒转浸率的影响作用,对细磨处理后的灰渣进行了空白焙烧的相关试验研究。研究结果表明:焙烧温度对钒转浸率的提高有显著影响,焙烧过程中,较低的焙烧温度不能有效破坏钒云母晶格结构,当焙烧温度足以有效破坏云母晶格结构时,若低价钒不能被氧化成高价态含钒化合物,钒也难以浸出;焙烧过程中,氧化性气氛的存在一方面将释放出来的低价钒氧化成高价态含钒化合物,同时有助于促进含钒云母晶格中钒的释放;经细磨预处理的石煤灰渣进行高温空白焙烧后,在常温(20℃)、低酸(0.54 mol·L-1H2SO4)、无助浸剂、静置2 h等酸浸条件下进行酸浸,钒转浸率可达83.81%,这表明对云母型含钒石煤进行空白焙烧提钒是可行的。

关键词：石煤空白焙烧钒转浸率细磨钒

1000 MW级凝汽器的壳侧流场的一种新的数值模拟方法（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2023年第12期 1140-1147页

作者：郭金菊尹韬烨王帅陈炜祝培旺罗坤匡云刘杰黄军军霍兵王辉张春琳王坚浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江大学上海高等研究院中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司黄冈大别山发电有限责任公司中能建数字科技集团有限公司

目的：针对大型凝汽器，提出一种新的方法来解决传统多孔介质模型的缺点，优化冷凝器管束布局。创新点：流场被分为两个区域，即凝结区和非凝结区。在凝结区使用相对较细的网格，并分析蒸汽凝结过程中的热阻，在质量输运方程中加入一个... 详细信息

目的：针对大型凝汽器，提出一种新的方法来解决传统多孔介质模型的缺点，优化冷凝器管束布局。创新点：流场被分为两个区域，即凝结区和非凝结区。在凝结区使用相对较细的网格，并分析蒸汽凝结过程中的热阻，在质量输运方程中加入一个源项来描述蒸汽凝结量。与多孔介质模型相比，这种方法能更好地反映不同管束布置下的流场特征，同时与直接建模相比大大降低计算成本。方法：1.研究凝汽器壳侧流场的流动和传热规律，将其划分为管束区域和非管束区域。2.在冷凝发生的区域即管束区域，通过物理规律分析与理论计算推导出冷凝的质量源项，并将该质量源项通过用户自定义函数加载于管束区域，构成新的蒸汽冷凝模型。3.以某1000 MW级凝汽器为例，使用新的蒸汽冷凝模型模拟壳侧流场，与其设计参数对比并验证该方法的有效性。4.使用该方法，对1000 MW级凝汽器两种不同管束布置及三种工况下的壳侧流场进行数值模拟，进一步验证该方法的可行性和必要性。结论：1.本文提出的数值模拟方法，在模拟流动动力学以及1000 MW冷凝器内的冷凝过程方面表现出合理的精度。2.当空气质量分数达到约0.001的临界值时，实现气流中空气层的动平衡；低于该临界值，传热系数从4250W/(m2·K)至155W/(m2·K)，相当于下降96.35%；高于该临界值的区域称为空气积聚区域。3.在额定漏气条件下，均匀管束布置的压降比非均匀管束布置低51.73%；此外，随着空气浓度的增加，传热效率随着空气泄漏量的增加而降低，导致传热系数降低。

关键词：凝汽器壳侧流场蒸汽冷凝模型管束布置漏空气量