内燃机增压-压缩空气储能冷热电联产系统
发布时间：2021-03-18 15:05
为解决可再生能源发电系统中存在能源输出的间歇性和波动性问题,基于热力学定律和能量梯级利用的原则,提出了一种内燃机增压-压缩空气储能冷热电联产系统,建立了系统的热力学模型并对系统进行了热力学分析,重点研究了系统中压气机等熵效率及出气压力、透平膨胀机等熵效率及进气压力、换热器效能和内燃机的进气压力对系统性能的影响规律。研究结果表明:在设计工况下,系统的能量效率为86.08%,?效率为59.45%,相对节能率为43.50%;透平膨胀机进气压力对系统的能量效率影响较小,有效改善发电过程中的变工况问题;提高系统中换热器效能和内燃机进气压力可以提高系统的能量效率、?效率和相对节能率。该结果可为系统的工程应用提供理论依据。
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(06)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
系统热力学过程图Fig.2Thermodynamicprocessdiagramofthesystem
a压力；释能时膨胀比小于储能时压缩比，透平膨胀机的焓降小于压气机的焓降；透平膨胀机最终出口温度为10℃，故焓值低于环境温度下焓值。从图2(b)可以看出，制冷剂在蒸汽发生器中被加热至饱和气态(16)，然后与来自蒸发器的饱和气态制冷剂(16)在喷射器中混合至过饱和气态(17)，物流17进入冷凝器中冷凝放热成饱和液态制冷剂(18)，物流18分为两股，一股经节流至物流19，进入蒸发器对外输出冷量；另一股经泵加压至(20)，进入蒸汽发生器换热。4.1压气机等熵效率对系统的影响图3是压气机等熵效率对系统的影响曲线图。随着压气机等熵效率的升高，系统的能量效率、效率和相对节能率升高；总电能输出不变，总热能和总冷量输出降低。这是因为在其他参数不变情况下，随着压气机等熵效率的升高，系统消耗的电能减小；同时压气机出口空气温度降低，通过换热器对外输出的热能降低；通过蒸汽发生器的换热量降低导致循环制冷剂的蒸发量降低，对外输出冷量降低。根据能量守恒定律，压气机耗功量的降低量要大于系统总热能输出和总冷量输出的降低量，因此系统的能量效率提高。在计算系统效率和相对节能率时，系统耗电量的降低对上述两个系统性能评价指标的提升要远大于系统总热能输出和总冷量输图2系统热力学过程图Fig.2Thermodynamicprocessdiagramofthesystem图3压气机等熵效率对系统的影响Fig.3Effectoftheisentropicefficiencyofthecompressoronthesystemperformance表1系统运行参数Table1Parameterspecificationofthesystem参数环境温度/oC环境压力/kPa空气绝热系数水比热容/kJ·kg-1·K-1空气质量流量/kg·s-1压气机等熵效率透平膨胀机等熵效率换热器效能冷
Χ韵低车挠跋烨?咄肌?随着压气机出气压力的升高，系统的能量效率和相对节能率逐渐降低，下降幅度分别为0.6%和1.2%，效率基本保持不变；总热能和总冷量输出升高，总电能输出保持不变。这是因为随着压气机出气压力的升高，系统需要更多的电能来驱动压气机工作，而系统中节流阀使得透平膨胀机的进气压力保持恒定，系统的总输出电能保持不变，总热能和总冷量输出升高，因此系统的总输出能量升高，但由于系统中增大的电能输入大于系统输出能量的幅度，系统的能量效率下降。4.3透平膨胀机等熵效率对系统的影响图5是透平膨胀机等熵效率对系统的影响曲线图。随着透平膨胀机等熵效率的升高，系统的能量效率基本不变，效率和相对节能率略有升高；总电能输出升高，总热能输出降低，总冷量输出不变。在透平膨胀机进气温度一定的条件下，随着透平膨胀机等熵效率的升高，透平膨胀机的出气温度降低，通过换热器HEX5对外输出的热能降低，导致系统总热能输出降低，而透平膨胀机的运行工况不影响喷射制冷循环的性能，因此系统的总冷量输出保持恒定。系统总输出电能的增量与系统总热能输出的降低量基本相同，因此系统能量效率基本保持恒定。系统总电能输出的升高使得系统的产品输出逐渐升高，而系统总热能输出的降低小幅降低系统产品输出，由于系统总电能输出相比于系统总热能输出对系统效率影响更大，因此系统的效率仍随透平膨胀机等熵效率升高而升高。4.4透平膨胀机进气压力对系统的影响图6是透平膨胀机进气压力对系统的影响曲线图。随透平膨胀机进气压力的升高，系统的效率和相对节能率升高，能量效率下降0.23%，几乎保持恒定；总电能输出升高，总热能输出降低，总冷量输出不变。这是因为，在透平膨胀机出气压
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型压缩空气与抽水复合储能系统的热力学分析[J]. 姚尔人,席光,王焕然,邹瀚森,李瑞雄,胡杨,王志恒,孙中国. 西安交通大学学报. 2018(03)
[2]一种压缩空气储能与内燃机技术耦合的冷热电联产系统[J]. 姚尔人,王焕然,席光. 西安交通大学学报. 2016(01)
[3]基于先进绝热压缩空气储能的冷热电联产系统[J]. 张远,杨科,李雪梅,徐建中. 工程热物理学报. 2013(11)
[4]典型压缩空气蓄能（CAES）电站热力学分析与系统优化[J]. 张伟德,徐钢,刘文毅,杨勇平,黄健,刘林植. 现代电力. 2013(02)
[5]分布式冷热电联产系统的能量梯级利用率新准则[J]. 林汝谋,郭栋,金红光,隋军. 燃气轮机技术. 2010(01)
[6]一种新型喷射制冷循环的理论分析[J]. 陈华,鱼剑琳,任云锋,厉彦忠. 西安交通大学学报. 2005(11)
硕士论文
[1]孤岛水底压缩空气储能系统研究[D]. 任锐鹏.太原科技大学 2017
[2]增压柴油机排气余热回收的研究[D]. 张铁鑫.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3088526
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(06)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
系统热力学过程图Fig.2Thermodynamicprocessdiagramofthesystem
a压力；释能时膨胀比小于储能时压缩比，透平膨胀机的焓降小于压气机的焓降；透平膨胀机最终出口温度为10℃，故焓值低于环境温度下焓值。从图2(b)可以看出，制冷剂在蒸汽发生器中被加热至饱和气态(16)，然后与来自蒸发器的饱和气态制冷剂(16)在喷射器中混合至过饱和气态(17)，物流17进入冷凝器中冷凝放热成饱和液态制冷剂(18)，物流18分为两股，一股经节流至物流19，进入蒸发器对外输出冷量；另一股经泵加压至(20)，进入蒸汽发生器换热。4.1压气机等熵效率对系统的影响图3是压气机等熵效率对系统的影响曲线图。随着压气机等熵效率的升高，系统的能量效率、效率和相对节能率升高；总电能输出不变，总热能和总冷量输出降低。这是因为在其他参数不变情况下，随着压气机等熵效率的升高，系统消耗的电能减小；同时压气机出口空气温度降低，通过换热器对外输出的热能降低；通过蒸汽发生器的换热量降低导致循环制冷剂的蒸发量降低，对外输出冷量降低。根据能量守恒定律，压气机耗功量的降低量要大于系统总热能输出和总冷量输出的降低量，因此系统的能量效率提高。在计算系统效率和相对节能率时，系统耗电量的降低对上述两个系统性能评价指标的提升要远大于系统总热能输出和总冷量输图2系统热力学过程图Fig.2Thermodynamicprocessdiagramofthesystem图3压气机等熵效率对系统的影响Fig.3Effectoftheisentropicefficiencyofthecompressoronthesystemperformance表1系统运行参数Table1Parameterspecificationofthesystem参数环境温度/oC环境压力/kPa空气绝热系数水比热容/kJ·kg-1·K-1空气质量流量/kg·s-1压气机等熵效率透平膨胀机等熵效率换热器效能冷
Χ韵低车挠跋烨?咄肌?随着压气机出气压力的升高，系统的能量效率和相对节能率逐渐降低，下降幅度分别为0.6%和1.2%，效率基本保持不变；总热能和总冷量输出升高，总电能输出保持不变。这是因为随着压气机出气压力的升高，系统需要更多的电能来驱动压气机工作，而系统中节流阀使得透平膨胀机的进气压力保持恒定，系统的总输出电能保持不变，总热能和总冷量输出升高，因此系统的总输出能量升高，但由于系统中增大的电能输入大于系统输出能量的幅度，系统的能量效率下降。4.3透平膨胀机等熵效率对系统的影响图5是透平膨胀机等熵效率对系统的影响曲线图。随着透平膨胀机等熵效率的升高，系统的能量效率基本不变，效率和相对节能率略有升高；总电能输出升高，总热能输出降低，总冷量输出不变。在透平膨胀机进气温度一定的条件下，随着透平膨胀机等熵效率的升高，透平膨胀机的出气温度降低，通过换热器HEX5对外输出的热能降低，导致系统总热能输出降低，而透平膨胀机的运行工况不影响喷射制冷循环的性能，因此系统的总冷量输出保持恒定。系统总输出电能的增量与系统总热能输出的降低量基本相同，因此系统能量效率基本保持恒定。系统总电能输出的升高使得系统的产品输出逐渐升高，而系统总热能输出的降低小幅降低系统产品输出，由于系统总电能输出相比于系统总热能输出对系统效率影响更大，因此系统的效率仍随透平膨胀机等熵效率升高而升高。4.4透平膨胀机进气压力对系统的影响图6是透平膨胀机进气压力对系统的影响曲线图。随透平膨胀机进气压力的升高，系统的效率和相对节能率升高，能量效率下降0.23%，几乎保持恒定；总电能输出升高，总热能输出降低，总冷量输出不变。这是因为，在透平膨胀机出气压
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型压缩空气与抽水复合储能系统的热力学分析[J]. 姚尔人,席光,王焕然,邹瀚森,李瑞雄,胡杨,王志恒,孙中国. 西安交通大学学报. 2018(03)
[2]一种压缩空气储能与内燃机技术耦合的冷热电联产系统[J]. 姚尔人,王焕然,席光. 西安交通大学学报. 2016(01)
[3]基于先进绝热压缩空气储能的冷热电联产系统[J]. 张远,杨科,李雪梅,徐建中. 工程热物理学报. 2013(11)
[4]典型压缩空气蓄能（CAES）电站热力学分析与系统优化[J]. 张伟德,徐钢,刘文毅,杨勇平,黄健,刘林植. 现代电力. 2013(02)
[5]分布式冷热电联产系统的能量梯级利用率新准则[J]. 林汝谋,郭栋,金红光,隋军. 燃气轮机技术. 2010(01)
[6]一种新型喷射制冷循环的理论分析[J]. 陈华,鱼剑琳,任云锋,厉彦忠. 西安交通大学学报. 2005(11)
硕士论文
[1]孤岛水底压缩空气储能系统研究[D]. 任锐鹏.太原科技大学 2017
[2]增压柴油机排气余热回收的研究[D]. 张铁鑫.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3088526
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