2025年 06期
基于拆分法的超临界二氧化碳循环部分负荷控制策略分析
常诚;徐进良;孙恩慧;【目的】超临界二氧化碳循环(supercritical carbon dioxide cycle,S-CO2)由于主动调节或者外部影响,循环经常工作在部分负荷下,而控制策略的研究对分析部分负荷特性十分关键。为研究控制策略对循环效率及设备性能的印象,需要采用新的控制策略。【方法】本文以20 MW S-CO2再压缩循环(recompression cycle,RC)模型,运用拆分法将RC解耦为两个单回热子循环1和2(simple Bryton cycle one and two,简称SC1和SC2),进而对库存控制、透平旁路控制、透平节流阀控制和温度控制4种常见的部分负荷控制策略进行分析,探究部分负荷下不同控制策略的循环效率以及设备性能变化特点。【结果】在部分负荷时,单独来看,SC2效率变化的趋势会对RC产生很大影响。对比来看,库存控制和温度控制的调节范围最大,最低到30%,随后是透平节流阀控制和透平旁路控制,最低到35%和50%。RC效率从高到低分别为库存控制、透平节流阀控制、透平旁路控制和温度控制,其中最高为库存控制95%负荷时的效率44.80%,最低为温度控制30%负荷时的效率16.85%。回热效果最好的为库存控制,回热量从460.11 kJ/kg增加到583.66 kJ/kg,透平节流阀控制和透平旁路控制的回热量变化趋势几乎相同,温度控制最差,回热量从460.11 kJ/kg减小到187.42 kJ/kg。温度控制和透平旁路控制的压缩机效率变化最小,均在0.77%以内,而库存控制和透平节流阀控制下的压缩机效率变化较大,均在1.13%以上。对于透平效率,以50%负荷为例,透平效率从大到小分别为透平节流阀控制84.6%、透平旁路控制83.90%、库存控制81.67%和温度控制78.77%。【结论】本文从拆分法的角度探究了4种常见的部分负荷控制策略,为探明S-CO2循环部分负荷控制策略提供了支撑。
考虑价格型需求响应的风-光-储综合能源系统日前优化调度研究
赵威翰;徐进;田新;王金阔;蒋琼琼;柳华蔚;徐超;【目的】为解决高比例风电、光伏接入电网导致的功率间歇性、波动性及弃风弃光问题,提高系统运行经济性与可再生能源消纳能力,需要建立一套综合的优化调度模型。【方法】本文提出风-光-储综合能源系统日前调度框架,集成数据驱动预测与模型优化。利用MATLAB神经网络构建多输入时序模型,输入历史风电光伏出力、电负荷及气象数据,输出24 h的小时级预测值。并基于预测数据,以福建省泉州市某区域系统为对象,建立以最小化总运行成本为目标的调度模型,采用MATLAB+CPLEX求解方式进行综合分析验证。最后设计了5组场景(场景1:储能、需求响应和售电均无;场景2:只增加储能;场景3:增加储能和需求响应;场景4:增加储能和售电;场景5:增加储能、需求响应和售电),对比使用该模型后的关键指标。【结果】对比场景1和场景2,场景2总成本降低约500元,购售电成本减少约600元,降幅12%;场景2弃风弃光缓解,但受限于储能容量未完全消除弃风弃光。对比场景2和场景3,场景3通过分时电价引导负荷转移,总运行成本进一步降低约0.4%。对比场景3、场景4和场景5,场景5总成本显著降低约7 600元,引入售电机制很大程度上解决弃风弃光问题。综合对比,场景5效果最优,增加储能配置、价格型需求响应及向电网售电的组合策略可使系统运行总成本降低28%、弃风弃光降为0、负荷波动降低10%,提升了系统经济性与消纳能力。【结论】数据预测与优化协同的调度框架可有效应对可再生能源不确定性,储能配置、价格型需求响应及向电网售电的组合策略能客观降低系统运行成本、消除弃风弃光、平抑负荷波动,提升经济性与消纳能力。
流化床载氧体辅助燃烧技术研究进展
董伟;殷柳玲;曹希;卜昌盛;【目的】载氧体辅助燃烧(oxygen carrier aided combustion, OCAC)作为一种新型燃烧方式,能够通过活性床料来实现氧的动态存储与迁移,从而提升燃料转化效率并降低污染物排放,深入探讨OCAC技术在实际应用中面临的挑战,更好地指导研究和应用。【方法】本文综述流化床OCAC技术的研究进展,着重分析载氧体的理化特性,探讨其在提升燃烧效率、降低污染物排放方面的潜力,并展望其在实际应用中面临的挑战与发展方向。【结果】研究表明OCAC可有效抑制CO与未燃尽碳的排放,替代石英砂床料后,燃料的燃烧性能得到显著提升,烟气中NO浓度也大幅降低,同时具有一定的氧缓冲与稳定燃烧作用。在此基础上,研究者提出了OCAC与富氧燃烧相结合的策略,以进一步提升碳捕集效率和燃烧稳定性。作为应用最广泛的载氧体,铁基载氧体因其资源丰富、价格低廉和环境友好而受到广泛关注。但其循环使用过程中易发生烧结、磨损及反应活性衰退,限制了长期运行的经济性和反应器稳定性。已有研究尝试通过矿物改性、复合氧化物设计及助剂添加等方式改善其抗烧结性与反应性能,但仍需解决材料成本与寿命之间的平衡问题。【结论】总体而言,OCAC技术在燃烧效率提升和碳减排方面展现出良好潜力,但要实现大规模应用,还需建立系统的技术经济评价框架,量化载氧体寿命、补充成本与整体碳减排效益的关系;优化流化床反应器的气固耦合特性,提升运行稳定性;开发高循环稳定性的铁基复合载氧体,实现低成本与高性能的兼顾。未来,随着载氧体设计和反应器工艺的不断优化,OCAC技术有望在清洁高效燃烧与二氧化碳减排中发挥重要作用。
基于LBL-SNB混合算法的CO2辐射特性计算
张佳桢;许思源;柳华蔚;【目的】碳排放的精确计量有利于碳减排活动的开展,在估算燃煤电厂的CO2排放量时,对其气体辐射特性计算方法中,逐线法计算精度高但耗时严重,统计窄谱带法计算效率高但精度有限。为解决二者精度与效率难以兼顾的问题,本文对计算方法进行改进。【方法】本文提出一种融合逐线法(line by line,LBL)高精度、统计窄谱带法(statistical narrow band,SNB)高效率优势的自适应LBL-SNB混合计算方法。将光谱范围等分为若干区域,依据各区域内谱线的总强度筛选出高强度波段,在强波段±10 cm-1范围内采用LBL计算,对相邻强波段间的谱线采用SNB计算;在保证关键谱线计算精度的前提下提升整体计算效率,可通过调整强波段筛选比例,灵活平衡计算精度与速度。【结果】研究表明,在压力1.01×105 Pa、温度1 500 K和纯CO2的条件下,计算2 200～2 400 cm-1范围内CO2辐射特性时,LBL-SNB模型(阈值为10%)耗时217.83 s,仅为传统逐线法的12.16%,且随着阈值参数的增大,其吸收系数计算结果与LBL模型的一致性显著提升。在上述相同条件下,模拟3种不同变化趋势的入射光谱(单调递减、单调递增及固定不变)透过CO2气层后的辐射传输特性,其中LBL-SNB模型占用内存64 016字节,SNB模型占用内存624字节,LBL模型占用内存320 016字节,LBL-SNB模型内存使用仅为LBL模型的20%,说明LBL-SNB混合计算方法在内存节省方面具有显著优势。【结论】LBL-SNB模型在继承LBL模型对强谱线信息精准计算优势的同时,大幅降低了内存消耗,相较于SNB模型展现出更高的计算精度,在光谱辐射特性研究中具有很好的应用价值,有助于推动煤电领域碳计量的发展。
燃煤电厂耦合生物质发电降碳技术的发展与展望
黄叶飞;刘砚欣;殷柳玲;卜昌盛;【目的】为了系统分析燃煤电厂耦合生物质发电技术的降碳潜力、污染物控制效果及技术经济性,探讨其发展现状、技术瓶颈及解决路径,为中国能源结构优化与绿色转型提供理论支持。【方法】通过文献调研与案例分析,梳理国内外燃煤机组耦合生物质发电技术的主要模式,包括直接耦合、间接耦合和并联耦合,对比不同生物质燃料(农林废弃物、污泥、生活垃圾等)的燃烧特性与污染物排放规律,并基于实际工程数据评估其降碳效果。结合技术经济分析,总结掺烧比例限制、磨煤机出力不足、受热面腐蚀等方面的技术挑战与供应链不稳定、政策支持不足等产业问题,并提出优化策略。【结果】生物质耦合发电可显著降低CO2排放,并减少SO2与热力型NOx排放。但高比例掺烧受限于燃料预处理技术、设备改造和污染物控制。典型案例显示,英国Drax电厂通过专用燃烧器实现100%生物质发电,而中国华电十里泉等项目因生物质燃料成本波动被迫停运,凸显供应链与政策支持的短板。【结论】燃煤耦合生物质发电是低碳转型的有效途径,但需突破技术瓶颈,如开发大比例掺烧技术、优化燃烧系统;并完善产业生态,如构建稳定供应链、制定专项补贴政策等。未来应加强标准化建设、推广智能控制技术,并推动多源固废协同处置,以实现环境效益与经济效益的双重提升。
非连续型流道印刷电路板换热器结构研究
吴家荣;杨玉;倪依柯;顾正萌;【目的】超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中预冷器所处的高压工况可能导致芯体结构破坏,影响系统安全稳定运行。为研究印刷电路板形式预冷器在设计参数下的应力强度,避免破坏现象发生,【方法】本文采用有限元方法比较了热流体压力9.3 MPa和冷流体压力0.55 MPa条件下,流道内顺列和错列类菱形翅片排布芯体的应力强度,并参照JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认)及美国机械工程师协会《锅炉及压力容器规范》相关规定对其进行了应力强度评定和结构优化。【结果】研究表明,翅片错列排布的芯体最大应力强度为252.91 MPa,翅片顺列排布的芯体最大应力强度为282.12 MPa,高应力强度区位于热流体流道翅片根部前后缘与冷流体流道板片的连接处;热冷流体间8.75 MPa的压差和沿流动方向相邻两列翅片4.0 mm的间距导致翅片顺列排布的芯体冷流体流道上下板片存在大面积高应力强度区;对于流道内翅片顺列排布的芯体,调整冷流体压力及增大冷流体流道上下板片厚度,可使特定路径一次局部薄膜应力强度与一次弯曲应力强度之和减小。【结论】本文研究结果为紧凑式换热器的研发提供了一定参考。
天然气联合循环发电耦合CO2捕集系统的集成优化
吴影;吉子轩;徐瑞祥;张佳豪;袁钰阳;王雷;【目的】火电厂CO2减排对实现“双碳”目标具有重要现实意义。为解决天然气联合循环发电(natural gas combined cycle,NGCC)系统与CO2捕集系统耦合过程中引起的发电效率损失高、低品位热量浪费问题,【方法】本文提出了一种引入吸收式换热单元的NGCC系统与CO2捕集系统耦合的集成优化方案,并使用Aspen Plus V11软件模拟分析了CO2捕集系统对NGCC系统热力性能的影响。【结果】研究表明,对净发电量为134.53 MW的NGCC系统,当CO2捕集效率达到80%时,CO2捕集系统所需的能耗使得NGCC系统的净发电量降至107.15 MW,发电效率损失达到了12.05%;当引入吸收式换热单元回收CO2捕集系统的余热时,除了再生反应器的抽汽外,NGCC系统需要额外抽汽加热一次管网中的热水以满足供热需求,这使得新型耦合系统的净发电量进一步降至100.79 MW,净发电效率损失增加了2.80%。优化后的系统额外损失了6.36 MW的发电量,但提供了110.22 MW的供热量,其中NGCC系统抽汽产生的供热量仅为36.43 MW(33.05%),吸收式换热单元回收CO2捕集系统余热产生的供热量高达73.79 MW(66.95%),很大程度上弥补了原先因热量损失带来的经济损失。【结论】本文提出的新型NGCC系统与CO2捕集系统的集成优化方案,采用吸收式换热单元高效回收了CO2捕集系统中的低品位热量,达到了显著的节能减排效果,热力分析结果证实了所提方案的优越性。
垃圾焚烧电厂CO2捕集抗硫固态胺吸附材料的研究
邹金生;谭玲君;林俊豪;陈黑锦;张作泰;颜枫;【目的】针对垃圾焚烧电厂烟气中SO2导致固态胺吸附剂不可逆失活的问题,本研究旨在开发一种具有优异抗硫性能的固态胺吸附材料,以提升其在含硫烟气中的CO2捕集循环稳定性。【方法】本研究提出采用环氧丙烷(propylene oxide,PO)改性四乙烯五胺(tetraethylenepentamine,TEPA)的抗硫策略,通过分子结构调控改变有机胺分子的伯胺、仲胺和叔胺官能团的比例,从而提高固态胺的抗硫循环稳定性。【结果】研究表明,SO2对未改性TEPA@SiO2吸附剂的中毒作用显著,6次循环后吸附容量衰减超过90%。PO改性后,1.0PO-TEPA@SiO2和2.0PO-TEPA@SiO2吸附剂的循环稳定性得到显著提升,但初始CO2吸附容量也有所降低。为兼顾吸附容量与循环稳定性,设计合成了混胺改性MPO-TEPA@SiO2吸附剂,在体积浓度为5.0×10-3高浓度SO2条件下表现出优异的综合吸附性能;在模拟实际工况的体积浓度10.0×10-6 SO2条件下,100次循环的平均单次衰减仅为0.21%,展现出了优异的长期运行稳定性。【结论】PO改性及混胺策略为提升固态胺吸附剂的抗硫性能提供了有效途径,对垃圾焚烧电厂烟气CO2捕集的工程化应用及电力行业的低碳转型具有重要意义。
330 MW火电机组耦合熔盐储能系统设计及经济性分析
石亮;乌悦伦;毛华西;俞明锋;鲁奎;章颢缤;【目的】新能源大规模发展对电力系统的安全与经济运行带来巨大挑战,火电机组耦合熔盐储能系统是提高机组运行灵活性的有效措施。为提高火电电机组耦合熔盐储能系统的经济性,本文开展了系统设计和经济性分析。【方法】以国内某330 MW亚临界机组为研究对象,设计了电加热耦合抽汽储热发电系统,提高储热阶段熔盐使用温区和放热阶段的蒸汽品位,提高储放热过程电电转换效率,同时对比抽汽储热、电加热储热、抽汽耦合电加热3种储热方案的热力学性能,并基于现货市场分析不同方案的经济性。【结果】研究表明,电加热耦合抽汽储热发电系统具有最高30%的调峰深度,远高于抽汽储热的9.3%,可实现机组的零出力。该系统熔盐使用温区可达350℃,相比电加热器储热和抽汽储热方案,单位储热成本分别下降21%和73%。系统在放热阶段可产生高品位的再热蒸汽并入机组,储放热过程电电效率和㶲效率分别可达52.6%和36.2%,介于电加热储热和抽汽储热之间。此外,电加热耦合抽汽储热方案具有最优的经济性,当购电电价为0.2元/(kW·h)时,售电电价为0.632元/(kW·h)即可满足资本金内部收益率为7%,电加热方案的经济性略差,为0.733元/(kW·h)。【结论】本研究结果可为火电灵活性改造技术路线提供理论以及参考。
中德(常州)创新产业园“光-储-充-热”耦合示范系统性能研究
曹飞;张倩;张经炜;丁坤;袁俊球;张茜颖;【目的】基于双碳背景,中德(常州)创新产业园内现已建设完成一套“光-储-充-热”耦合示范系统,为掌握耦合示范系统的动态性能,探索多能互补系统在智慧能源管理中的实际效果。【方法】本文基于耦合示范系统,介绍系统能量转换路径:光伏发电、电热储能、V2G充电、谷电调峰,利用实际运行数据分析光伏发电量、储能充放电、热负荷效率及可再生能源占比等参数的动态变化趋势。【结果】光伏发电功率与太阳辐射强度呈正相关,最大功率343 kW,但受气象条件显著影响,雨雪天气时功率降至70 kW;储能子系统充电功率峰值为107.6 kW,实现充放电智能管控;V2G充电桩快充功率达77.8 kW,向电网反馈功率5.1 kW;供热功率与环境温度存在2 h时移,系统最高总能耗为661 kW,可再生能源占比峰值33.9%。【结论】该系统通过多能耦合与智慧调度,实现了能源高效利用和年减碳1 000 t的减排目标,为产业园区的零碳化提供了可行路径。