热泵储电系统的热力学分析
发布时间：2021-08-21 09:36
热泵储电技术可由多种热力学循环类型和储热/储冷类型的组合实现。为了研究热泵储电系统损失产生的机制及各类损失因素对循环效率的影响,本文在传统循环计算的基础上进行了热力学分析和参数敏感性研究。对热泵储电系统储能和释能过程进行了热力学建模和分析,通过控制变量法分析了系统参数,包括压缩/膨胀过程效率、换热端差、阻力、储热/储冷效率等对热泵储电系统性能的影响,得到了各设计参数对系统循环效率影响程度的相对值,即敏感系数。最后提出,通过优化影响程度最高的关键设计参数,如提高压缩/膨胀过程效率、降低机械损失和换热端差等,可实现热泵储电系统性能的提升。研究结果可为热泵储电系统的优化设计提供参考。
【文章来源】：热力发电. 2020,49(08)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
具有储热/冷系统的热泵储电系统原理示意Fig.1SchematicdiagramofworkingprincipleofthePTES
48热力发电2020年http://www.rlfd.com.cn1.00时，压缩机效率从1.00降低至0.60，循环效率从1.00降低至0.23。压缩机和透平效率均从1.00降低到0.80时，循环效率从1.00降低至0.33。图4压缩机和透平效率对循环效率的影响Fig.4Theeffectsofcompressorandturbineefficiencyontheoreticalround-tripefficiency3.3阻力损失和机械损失的影响阻力损失主要包括工质流经系统换热器、回热器、管道、阀门、压缩机和透平的摩擦阻力损失，采用压降和系统最高压力的比值来描述阻力损失相对值，阻力损失导致熵增和系统效率降低。对于大规模热泵储电系统，假设系统回路阻力损失在0~0.1。机械损失包括电能和机械能之间的往复转化过程的损失，大型旋转设备相较往复式设备能够高效实现电能和机械能之间的转化，对于大型旋转设备（兆瓦级以上），假设机械效率在0.9~1.0。阻力损失和机械损失敏感系数计算结果见表3。由表3可见，循环效率随着阻力损失和机械损失的增加而降低，循环效率对阻力损失和机械损失比较敏感。其中机械损失的影响大于阻力损失的影响。理想条件下，阻力损失敏感系数为2.00，机械损失的敏感系数为3.70。表3阻力损失和机械损失敏感系数Tab.3Thesensitivitycoefficientsofpressurelossesandmechanicallosses影响因素损失率循环效率敏感系数阻力损失0~0.11.00~0.812.00机械损失0~0.11.00~0.633.70阻力损失和机械损失对循环效率的影响如图5所示。由图5可以看出：理想条件下，即排除系统其他因素影响的条件下，机械损失为0时，阻力损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.81；阻力损失为0
Ш突?邓鹗?舾邢凳?扑憬峁??表3。由表3可见，循环效率随着阻力损失和机械损失的增加而降低，循环效率对阻力损失和机械损失比较敏感。其中机械损失的影响大于阻力损失的影响。理想条件下，阻力损失敏感系数为2.00，机械损失的敏感系数为3.70。表3阻力损失和机械损失敏感系数Tab.3Thesensitivitycoefficientsofpressurelossesandmechanicallosses影响因素损失率循环效率敏感系数阻力损失0~0.11.00~0.812.00机械损失0~0.11.00~0.633.70阻力损失和机械损失对循环效率的影响如图5所示。由图5可以看出：理想条件下，即排除系统其他因素影响的条件下，机械损失为0时，阻力损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.81；阻力损失为0时，电气-机械效率损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.63。图5阻力损失和机械损失对循环效率的影响Fig.5Theeffectsofpressurelossesandmechanicallossesontheoreticalround-tripefficiency3.4储热/储冷损失的影响储热和储冷系统与外界进行热交换时，储存能量随着时间降低，相应储热介质温度降低、储冷介质温度升高导致循环效率降低。储热、储冷损失的影响采用储热系统和储冷系统效率来描述。假设储热温度为640℃，储冷温度为–100℃，储热效率和储冷效率均在0.8~1.0。计算结果（表4）表明，循环效率随着储热损失和储冷损失的增加而降低，循环效率对储热和储冷损失较不敏感。理想条件下，储热损失敏感系数为0.45，储冷损失的敏感系数0.25。表4储热和储冷损失敏感系数Tab.4Thesensitivitycoefficientsofthermalandcoalstoragelosses影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]热电储能技术及二氧化碳在其中的应用[J]. 王冠邦,张信荣. 储能科学与技术. 2017(06)
[2]基于正/逆布雷顿循环的热泵储电系统性能研究[J]. 张琼,王亮,谢宁宁,徐玉杰,陈海生. 中外能源. 2017(02)
本文编号：3355354
【文章来源】：热力发电. 2020,49(08)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
具有储热/冷系统的热泵储电系统原理示意Fig.1SchematicdiagramofworkingprincipleofthePTES
48热力发电2020年http://www.rlfd.com.cn1.00时，压缩机效率从1.00降低至0.60，循环效率从1.00降低至0.23。压缩机和透平效率均从1.00降低到0.80时，循环效率从1.00降低至0.33。图4压缩机和透平效率对循环效率的影响Fig.4Theeffectsofcompressorandturbineefficiencyontheoreticalround-tripefficiency3.3阻力损失和机械损失的影响阻力损失主要包括工质流经系统换热器、回热器、管道、阀门、压缩机和透平的摩擦阻力损失，采用压降和系统最高压力的比值来描述阻力损失相对值，阻力损失导致熵增和系统效率降低。对于大规模热泵储电系统，假设系统回路阻力损失在0~0.1。机械损失包括电能和机械能之间的往复转化过程的损失，大型旋转设备相较往复式设备能够高效实现电能和机械能之间的转化，对于大型旋转设备（兆瓦级以上），假设机械效率在0.9~1.0。阻力损失和机械损失敏感系数计算结果见表3。由表3可见，循环效率随着阻力损失和机械损失的增加而降低，循环效率对阻力损失和机械损失比较敏感。其中机械损失的影响大于阻力损失的影响。理想条件下，阻力损失敏感系数为2.00，机械损失的敏感系数为3.70。表3阻力损失和机械损失敏感系数Tab.3Thesensitivitycoefficientsofpressurelossesandmechanicallosses影响因素损失率循环效率敏感系数阻力损失0~0.11.00~0.812.00机械损失0~0.11.00~0.633.70阻力损失和机械损失对循环效率的影响如图5所示。由图5可以看出：理想条件下，即排除系统其他因素影响的条件下，机械损失为0时，阻力损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.81；阻力损失为0
Ш突?邓鹗?舾邢凳?扑憬峁??表3。由表3可见，循环效率随着阻力损失和机械损失的增加而降低，循环效率对阻力损失和机械损失比较敏感。其中机械损失的影响大于阻力损失的影响。理想条件下，阻力损失敏感系数为2.00，机械损失的敏感系数为3.70。表3阻力损失和机械损失敏感系数Tab.3Thesensitivitycoefficientsofpressurelossesandmechanicallosses影响因素损失率循环效率敏感系数阻力损失0~0.11.00~0.812.00机械损失0~0.11.00~0.633.70阻力损失和机械损失对循环效率的影响如图5所示。由图5可以看出：理想条件下，即排除系统其他因素影响的条件下，机械损失为0时，阻力损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.81；阻力损失为0时，电气-机械效率损失从0增加至0.1，系统循环效率从1.00降低至0.63。图5阻力损失和机械损失对循环效率的影响Fig.5Theeffectsofpressurelossesandmechanicallossesontheoreticalround-tripefficiency3.4储热/储冷损失的影响储热和储冷系统与外界进行热交换时，储存能量随着时间降低，相应储热介质温度降低、储冷介质温度升高导致循环效率降低。储热、储冷损失的影响采用储热系统和储冷系统效率来描述。假设储热温度为640℃，储冷温度为–100℃，储热效率和储冷效率均在0.8~1.0。计算结果（表4）表明，循环效率随着储热损失和储冷损失的增加而降低，循环效率对储热和储冷损失较不敏感。理想条件下，储热损失敏感系数为0.45，储冷损失的敏感系数0.25。表4储热和储冷损失敏感系数Tab.4Thesensitivitycoefficientsofthermalandcoalstoragelosses影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]热电储能技术及二氧化碳在其中的应用[J]. 王冠邦,张信荣. 储能科学与技术. 2017(06)
[2]基于正/逆布雷顿循环的热泵储电系统性能研究[J]. 张琼,王亮,谢宁宁,徐玉杰,陈海生. 中外能源. 2017(02)
本文编号：3355354
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