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基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

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动力工程学报 2024年第2期44卷 328-338页

作者：付文锋王金楹王蓝婧杨乐华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003 河北建投能源科学技术研究院有限公司石家庄050000 华北电力大学控制与计算机工程学院河北保定071003

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表... 详细信息

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明:通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO_(2)质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.3085时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90~115 kPa、二级闪蒸压力在25~35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO_(2)流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO_(2)透平进口压力的增大而增加,随S-CO_(2)透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。

关键词：燃机余热利用 S-CO_(2)布雷顿循环地热闪蒸系统净输出功

基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

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地球学报 2023年第1期44卷 211-220页

作者：王令宝郭志鹏卜宪标李华山龚宇烈中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学技术大学工程科学学院安徽合肥230026

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型,包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型,参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征,包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数,研究了注... 详细信息

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型,包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型,参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征,包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数,研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明:在一定的注入流量、注入温度和净间距下,随着时间的推移,岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大,注入泵功耗是降低的,净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率,进而导致热效率降低,存在最优的注入流量50 kg/s,使得年均净输出功达到最大值1470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率,降低净输出功的年均衰减速率,当注入温度为60℃时,年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率,有利于热效率的提高,但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时,年均净输出功达到最大值1497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。

关键词：增强地热系统有机朗肯循环热流固耦合净输出功热效率

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一种高效海洋温差能发电循环的性能分析

海洋科学进展 2020年第3期38卷 513-521页

作者：吴浩宇彭景平葛云征刘蕾陈凤云刘伟民自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061

海洋温差能是一种环境友好型、可持续利用的清洁能源,但是较低的海洋温差能发电系统效率阻碍了海洋温差能发电的商业化应用。提出一种新式循环,采用氨水混合工质,以及贫氨溶液回热和中间抽汽回热方式,实现对贫氨溶液及乏汽的热量二次回... 详细信息

海洋温差能是一种环境友好型、可持续利用的清洁能源,但是较低的海洋温差能发电系统效率阻碍了海洋温差能发电的商业化应用。提出一种新式循环,采用氨水混合工质,以及贫氨溶液回热和中间抽汽回热方式,实现对贫氨溶液及乏汽的热量二次回收利用。基于能量守恒方程和热力学定律,通过对循环中各设备部分建模分析,构建了新循环的热力模型,并与海洋温差能发电常用循环——朗肯循环进行性能对比分析,结果表明,新循环的热效率与净输出功相比朗肯循环均有显著提高,循环热效率最高可达4.565%,相较朗肯循环提高了25.9%。15 kW等级海洋温差能发电系统中,新循环的净输出功为7.038 kW,高于朗肯循环中的5.343 kW。新循环模型的建立及由此得到的各部分性能分析结果,可为海洋温差能商业化开发提供基础数据理论支撑。

关键词：海洋温差能发电朗肯循环循环热效率净输出功

超临界二氧化碳动力循环余热利用方案优化研究

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热力发电 2023年第6期52卷 119-126页

作者：封康郑莆燕仇中柱张敬奎孙永康程云瑞罗添赵航上海电力大学能源与机械工程学院上海200120 上海燃气工程设计研究有限公司上海200135

针对燃气轮机余热利用问题,以有回热的超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环为基础,引入中间冷却、中间再热和分流再压缩技术,建立6种循环方案。分别以S-CO_(2)动力循环的循环效率最高和循环净输出功最大为优化目标,采用遗传算法对各方案... 详细信息

针对燃气轮机余热利用问题,以有回热的超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环为基础,引入中间冷却、中间再热和分流再压缩技术,建立6种循环方案。分别以S-CO_(2)动力循环的循环效率最高和循环净输出功最大为优化目标,采用遗传算法对各方案的参数进行优化,并对每个方案的优化结果进行经济性比较。结果表明:以循环效率最高为优化目标时,引入一次中间冷却、一次中间再热和一次分流再压缩都能不同程度提高循环效率,其中引入一次分流再压缩和一次中间再热的方案6循环效率最高,达到43.29%;以循环净输出功最大为优化目标时,引入一次中间冷却可以增大输出功,引入一次中间再热会减小S-CO_(2)动力循环净输出功,而一次分流再压缩退化为无分流方案,其中引入一次中间冷却的方案2净输出功最大,为82620.02 kW;6个方案的经济性均在以S-CO_(2)动力循环净输出功最大为优化目标时更具优势,原因在于这种情况下对燃气轮机排烟的余热利用效率更高,其中方案2运行20年收益最大,为50.65亿元。

关键词：余热利用超临界二氧化碳动力循环参数优化循环效率净输出功运行收益

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朗肯循环海洋温差能发电系统性能理论分析与试验

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科技导报 2021年第6期39卷 90-95页

作者：陈凤云刘蕾彭景平葛云征刘伟民王泉斌自然资源部第一海洋研究所青岛266061

针对海洋温差发电系统中效率低的问题,对海洋温差发电朗肯循环进行了理论分析,建立了系统中关键设备数学模型,计算了发电系统循环热效率、净输出功率。通过计算得到:当透平进口气体温度和冷凝温度一定时,循环热效率随透平进口气体压力... 详细信息

针对海洋温差发电系统中效率低的问题,对海洋温差发电朗肯循环进行了理论分析,建立了系统中关键设备数学模型,计算了发电系统循环热效率、净输出功率。通过计算得到:当透平进口气体温度和冷凝温度一定时,循环热效率随透平进口气体压力的增大先升高后降低,且存在最大值。研建了15 kW朗肯循环海洋温差能发电系统并试验验证,得到了在模拟海洋温差下循环热效率随各参数的变化趋势与规律,同时与理论计算结果比较,验证了理论计算结果的可靠性。

关键词：海洋温差能热效率净输出功

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寒冷地区有机朗肯循环系统试验运行特性

江苏大学学报（自然科学版） 2022年第5期43卷 562-565,586页

作者：刘健甄泽康赵文可张亚宁李炳熙哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探索有机朗肯循环(ORC)系统在寒冷地区低温冷却水条件下的运行性能,在哈尔滨搭建了ORC试验系统,给出了该系统的热力学模型,并对热源温度为79.0~113.6℃、冷水温度为6.4℃的系统运行性能(冷凝温度、净输出功、发电量、功电转化效率)... 详细信息

为了探索有机朗肯循环(ORC)系统在寒冷地区低温冷却水条件下的运行性能,在哈尔滨搭建了ORC试验系统,给出了该系统的热力学模型,并对热源温度为79.0~113.6℃、冷水温度为6.4℃的系统运行性能(冷凝温度、净输出功、发电量、功电转化效率)进行了研究.结果表明:在哈尔滨6.4℃冷却水条件下,ORC冷凝温度可低至13.1℃,最大发电量为1.44 kW;比较台北30.8℃冷却水条件,冷凝温度低了19.0℃,发电量高了0.34 kW(30.9%).寒冷地区较低温度的冷却水降低了ORC系统的运行冷凝温度,进而提升了其做功及发电性能.

关键词：有机朗肯循环试验系统寒冷地区冷凝温度运行特性净输出功发电性能

烧结冷却烟气低温余热ORC系统建模与热经济性能

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烧结球团 2024年第1期49卷 93-98,105页

作者：冯军胜程新妮王欢欢赵亮董辉安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

本文以烧结冷却烟气低温余热为有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统热源,建立超临界ORC系统热力和经济模型,并选取R134a为ORC工质,研究变温热源下膨胀机的进口温度和压力,以及工质冷凝温度对系统热经济性能的影响。研究结果表... 详细信息

本文以烧结冷却烟气低温余热为有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统热源,建立超临界ORC系统热力和经济模型,并选取R134a为ORC工质,研究变温热源下膨胀机的进口温度和压力,以及工质冷凝温度对系统热经济性能的影响。研究结果表明:系统净输出功随膨胀机进口温度的增加而增加,随膨胀机进口压力和工质冷凝温度的增加而减小,但系统单位温度的传热量随之均减小。当系统热力参数一定时,热源进口温度越大,系统净输出功和单位温度的传热量越大。在实际操作过程中,存在适宜的热源进口温度和系统热力参数使得ORC系统获得较大的净输出功和较小的单位温度传热量。

关键词：烧结矿余热回收有机朗肯循环净输出功单位温度传热量

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一种新型高效海洋温差能热力循环性能研究

太阳能学报 2021年第5期42卷 60-66页

作者：彭景平葛云征陈凤云刘蕾吴浩宇刘伟民自然资源部第一海洋研究所青岛266061

为提高海洋温差能发电循环效率,提出一种带有2条回热支路的新型高效海洋温差能热力循环系统,基于热力学第一定律建立新循环系统数值计算模型对其进行理论数值研究。研究分析工质浓度、透平进口压力和海水温度对循环性能的影响。研究结... 详细信息

为提高海洋温差能发电循环效率,提出一种带有2条回热支路的新型高效海洋温差能热力循环系统,基于热力学第一定律建立新循环系统数值计算模型对其进行理论数值研究。研究分析工质浓度、透平进口压力和海水温度对循环性能的影响。研究结果表明:随工质浓度的增加,循环系统热效率和系统净输出功均先增大后减小;随透平进口压力的增加,循环热效率和净输出功均呈先增后减的趋势;循环热效率随冷海水温度的升高而降低,随温海水温度的升高而升高。另外,将提出的循环系统效率与Uehara循环、Yoon循环分别在其相同工况下进行比较,结果显示该循环系统效率最高。

关键词：海洋温差能热力学性能系统分析循环热效率净输出功透平进口压力

回收船舶柴油机余热的双回路有机朗肯循环系统性能分析

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船舶工程 2024年第5期46卷 68-76页

作者：吕龙陈武阚安康张远乔继潘上海海事大学商船学院上海201306 船舶运输控制系统国家工程研究中心上海200135 江苏海事职业技术学院机电学院南京211170

为了降低船舶二氧化碳排放,利用双回路有机朗肯循环(DORC)系统对船舶柴油机的排烟和缸套冷却水余热进行回收发电。通过夹点温差法构建热力学模型,高温回路用于回收排烟热量,低温回路用于回收缸套冷却水热量和高温回路冷凝热。分析9对工... 详细信息

为了降低船舶二氧化碳排放,利用双回路有机朗肯循环(DORC)系统对船舶柴油机的排烟和缸套冷却水余热进行回收发电。通过夹点温差法构建热力学模型,高温回路用于回收排烟热量,低温回路用于回收缸套冷却水热量和高温回路冷凝热。分析9对工质组合时DORC系统的冷凝器热力学参数对系统性能的影响,结果表明:随着高温回路的冷凝温度和冷凝热负荷的增高,低温回路蒸发压力和净输出功呈现升高趋势,在高温回路冷凝热负荷为715.2 kW~1 241.2 kW时,系统总净输出功呈现先升高后降低的趋势。当高温回路采用环乙烷,低温回路采用一氯三氟丙烯(反式)为工质时,系统总净输出功可达到410.6 kW。

关键词：双回路有机朗肯循环船舶柴油机余热回收工质组合净输出功