单级和两级地热发电系统能量转换分析

 地热资源是一种重要的可再生能源,但是中国地质和地热资源复杂。为了更好地利用这种能源,基于热力学基本原理,采用数值计算和模拟,对包括单级闪蒸、双工质循环、两级闪蒸和闪蒸-双工质联合地热发电的单级和两级地热发电系统的主要性能指标进行了对比和分析。结果表明,采用直接冷却方式的单级和两级地热发电系统的各项性能指标均优于间接冷却;两级发电系统的净发电量高于单级闪蒸的净发电量,地热水温度较高时,尽量采用两级发电系统;闪蒸-双工质地热发电系统的最佳闪蒸温度较高,产汽率较低,既有利于减少设备体积,也可以使发电系统处于正压运行,可以提高系统的运行效率。     

全流-双循环地热发电系统分析

采用全流-双循环地热发电系统对中低温地热水进行利用发电,并与闪蒸蒸汽系统进行比较.理论推导闪蒸蒸汽系统的最佳闪蒸温度,分析比较了全流 双循环系统中各部分的损失,进而提出了降低换热器端差,以减少损的措施.在既定的地热水参数条件下,根据系统模型对全流 双循环系统和闪蒸蒸汽系统进行热力计算.结果显示：全流-双循环系统的最大发电功率比闪蒸系统的最大发电功率高出12.7%; 全流-双循环系统的功率随着低温工质蒸发温度的升高而增大;闪蒸蒸汽系统的功率随着闪蒸压力的增大呈先上升后下降的趋势.     

热水发电闪蒸系统焓降分配的优化

本文在建立一个确定最优化参数用的等效热水闪蒸或扩容系统模型基础上,从理论上推导出热效率或汽轮机功量是最大时闪蒸热水焓降的最优化分配为等焓降分配,为热水发电系统闪蒸器选择热力参数提供一个通用、简单而正确的方法.与实际计算值比较,结果非常一致。当来流热水温度在80℃至200℃的范围内,由此法确定的理论温度与实际计算值的偏差小于3.5℃,由此产生的热效率或功量的误差小于0.1%。     

三种中低温余热蒸汽发电系统的比较研究

建立了150~350℃中低温余热蒸汽低沸点有机工质联合循环(S-ORC)发电系统数学模型.比较了相同热源条件下,水蒸气朗肯循环(SRC)、有机朗肯循环(ORC)及S-ORC三种发电系统的热效率、效率、运行压力、发电量.结果表明:150~210℃热源条件下,ORC有着最高的热效率、效率和发电量;210~350℃热源条件下,S-ORC的各项性能有优势,其热效率和效率均高于SRC和ORC发电系统.     

基于模拟退火算法的低温余热发电系统参数优化

为提高低温余热发电系统的综合性能,以单位发电量所需换热面积为目标函数,采用模拟退火算法对ORC系统的参数进行优化。研究结果表明:当热源温度和流量分别为120℃与62 kg/s,蒸发器内最小传热温差为10℃时,蒸发器内的最佳压力和流速分别为0.615 MPa与1.23 m/s;冷凝器内的最佳压力和流速分别为0.102 MPa与1.37 m/s;与传统算法相比,优化结果使单位发电量所需换热面积减少23%。随着热源温度的升高,最优目标函数值先降低后升高,在热源温度为200℃时达到最低值;综合考虑目标函数值及系统输出净功,蒸发器内合适的最小传热温差为15℃。     

ORC利用工业锅炉烟气余热发电技术经济性评估

对ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统进行经济性评估,采用不同换热器结构,对不同工质和余热温度下ORC系统净输出功、单位装机容量投资成本、发电成本和投资回收年限进行对比分析。结果表明,随着烟气流量和温度的增大,系统投资回收年限减小;以采用R123和FS换热器组合(管翅式蒸发器与壳管式冷凝器组合)时经济性最优,单位装机容量成本为23 800元/kW,单位发电成本为0.285元/kWh,投资回收年限为5.58年,净输出功为91.5kW;采用SS(蒸发冷凝器均为管壳式换热器)换热器组合时,经济性最差。热经济分析表明,R123最适合作为ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统的工质。     

资源税法对地热产业的影响及政策建议

 《中华人民共和国资源税法》和各地实施细则自颁布和实施以来,在地热学术和产业界产生了较大反响和部分争议。尽管基于《资源税法》第三条的原则,应优先按价计税,但在目前地方执行细则中,对回灌地热水征收资源税都只规定了按量（每立方米）计征。因此,法律附件和各地的这种规定都未能严格遵守地热能利用的事实理性,即地热能利用的是热能而不是水量。对于资源税法中关于地热水原矿的定义,以及未回灌的地热水是否视同对外销售行为,目前的法条定义不够明确。且该法中采用立方米体积单位作为地热水计税单位的做法,会在高温地热发电领域产生应税产品计量不确定、不科学的问题。按照各地现有实施细则对回灌地热水开征资源税,会对中国的地热发电和供暖产业造成不利影响。在国家碳中和的长期宏观政策目标下,这一做法将会减缓地热这一清洁能源对传统高碳能源的替代。建议在现有法律框架下对回灌地热水免征资源税,同时通过立法解释明确地热原矿的定义,并将地热水的计税单位改为质量单位吨。     

变冷凝工况地热有机朗肯循环发电系统

针对有机朗肯循环发电系统中冷凝介质温度随环境温度变化而变化,地热源载热流体参数恒定的问题,采用EES软件计算分析了饱和有机朗肯循环发电系统在使用工质R245fa和R601a时输出净功随冷凝介质温度变化的规律,同时分析了膨胀机最佳入口温度、膨胀比和工质流量3个主要参数的变化。结果表明：当地热流体温度为130 ℃,冷凝介质温度从30 ℃降到0 ℃时,有机工质在膨胀机入口的最佳温度升高且波动幅度达15 ℃,同时系统净输出功增长达120%;工质质量流量增加超过30%,膨胀比增大约2倍。     

江西省地勘基金地热水勘查新进展

江西省地勘基金共实施地热勘查项目28个,已取得较大进展。查明大于25℃以上的地热项目24个,其中温水(25℃≤t≤40℃)11个,温热水(40℃≤t≤60℃)9个,热水(60℃≤t≤90℃)4个。其中隆起断裂型地热勘查成果显著,已出露温泉点水温和水量均有提高,未出露温泉点发现25℃以上地热水8处,石城县通天寨实现了盲区找地热水突破;沉积盆地型地热勘查南康区南山发现水温达40.5℃地热水;修水县白岭温泉ZK2孔孔口水温83℃,孔底水温86℃,刷新了江西省地热水温度最高记录。断裂带型地热勘查宜在已有地热点的控热构造延伸方向上"就热找热、顺藤摸瓜"、沉积盆地型地热勘查重点针对中新代盆地"攻深找盲"、岩溶盆地型地热勘查应选择已有温泉点出露、工作程度较高的岩溶分布区探索试点。     

微波加热强化闪蒸的蒸发特性

针对传统蒸发过程换热效率低下的问题,基于传统工艺流程设计微波闪蒸系统,在传统闪蒸罐体上设置微波馈口将微波能实时输入到闪蒸罐体内。为了验证微波闪蒸系统的蒸发处理能力,采用水作为介质研究系统在微波加热强化方式下的闪蒸效果。控制系统的真空度为70～78 kPa,分别研究微波功率(0.81～1.35 kW)、液体流量(10～40 L/h)和初始温度(50～90℃)对蒸发效果及闪蒸率的影响,并与不输入微波条件下的传统闪蒸效果进行比较。研究结果表明:在实验参数范围内,微波闪蒸产生的冷凝液体积以及随微波功率、液体流量、初始温度的增加而增加。当液体流量为40 L/h、微波功率为1.35 kW、初始温度为90℃时,相较于传统闪蒸,微波加热强化条件下闪蒸蒸汽温度从36.69℃升高至45.13℃,浓缩液温度从36.70℃升高至45.33℃,且强化蒸发效率达到42.86%。微波加热强化条件下的系统冷凝液体积比常规工况下的多,说明微波加热强化了闪蒸过程并有效提高了闪蒸率。     

地热发电及综合梯级利用系统

 高效利用地热资源已成为地热开发利用的焦点话题,中国地热资源丰富,但大多分布偏远,地热资源利用率总体较低。本文结合国内外地热利用现状及发展趋势,重点阐述以氨水作为工质的动力循环系统,提出了净功率、电力产率、热效率和换热面积比率的性能指标,并分析氨水溶液质量分数、循环倍率和热水温度对上述指标的影响。在此基础上,探讨了建设适合于华南地域特征的地热资源综合梯级利用示范项目,实现资源利用率达到70%以上,为中低温余热利用提出了一个新的途径。     

大功率半导体激光器恒温系统

采用半导体制冷和风冷混合制冷的方式对大功率半导体激光器进行恒温工作控制.通过实验研究半导体激光器的工作温度保持在45℃以内,控温精度在±0.1℃的状态下稳定工作,半导体激光器输出功率达到15.28W.     

低温热能有机物朗肯循环发电系统的最佳负载特性实验研究

针对低温热能的回收利用,搭建了采用涡旋膨胀机的有机物朗肯循环发电实验系统,以异丁烷为工质,研究了热源温度和负载对小型有机物朗肯循环发电系统性能的影响.结果表明:在不同的热源温度和工质流量条件下,都存在一个最佳负载电阻,使得系统具有最大的发电功率、比发电功率和发电效率;在设计发电系统时,应为涡旋膨胀机匹配合适的永磁发电机和负载电阻,以使系统发挥最优性能;当热源温度不超过120℃时,系统的最大发电功率为1.05kW,最高发电效率为4.51%,膨胀机的最大转速和膨胀比分别可达2 922r/min和3.03.     

商场冷凝水耦合光伏/光热系统的应用分析

太阳能光伏光热(solar photovoltaic-thermal, PV/T)技术将光伏和光热结合,可实现产电效率的提高和低品位热源的综合利用。基于商场空调冷凝水的实时回收量,本文研究建立了冷凝水水冷式PV/T系统,研究了该系统的性能和环境效益。在确定商场的空调冷凝水的逐时水量的基础上,将冷凝水水冷式PV/T系统与单一光伏(photovoltaic, PV)系统的性能进行对比分析。结果表明,冷凝水水冷式PV/T系统通过收集制冷季商场内空调产生的大量冷凝水作为冷却介质,降低了光伏电池板的温度,典型日的光伏效率提升了17.78%,在整个制冷季,冷凝水水冷式PV/T系统较单一的PV系统净发电量增加了365.55 kW·h,具有6 938.27 kW·h的节能效益,可减排6.439 t二氧化碳。     

有机朗肯循环混合工质的热力学分析

有机朗肯循环是利用低品位余热的关键技术之一,在一定程度上可有效缓解能源危机。相比于传统的纯工质,混合工质因其在换热器中具有温度滑移特性,可以更好地与热源进行耦合。因此选用混合工质可以使机组的效率得到更进一步的提升。通过采用二次迭代的方法,热源温度为120℃时,理论分析了以R245fa为参考的6种混合工质对,其混合比例对系统输出功与效率的影响。结果表明:工质吸热量一定的情况下,系统采取混合工质可以获得比纯工质更高的输出功、热效率。当吸热量为197.29 k W时,以纯R245fa为工质的系统最大输出功与热效率分别为11.98 k W与6.07%。存在最佳混合工质对R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3),相比于纯工质R245fa,输出功与热效率分别提高了22.87%和22.89%。同时发现,无量纲积分温差ΔT~*与系统净输出功、热效率之间存在反比关系。当工质为R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3)时,在最大净输出功工况下,6种混合工质对下的最小值ΔT~*为0.233。     

低温有机朗肯循环系统参数的理论与实验优化

着眼于低温热能的发电利用,以R245fa为循环工质、系统比净功最大为目标,针对进口温度为90,℃的热水型热源开展有机朗肯循环参数理论优化与系统参数实验优化研究.理论优化得最优蒸发、冷凝温度分别为62,℃和33,℃.ORC系统实验得最优蒸发温度为69,℃,此时系统实验比净功为4.31,kJ/kg;测得实验所用涡旋式膨胀机的最优转速和最优压比分别在800,r/min和1.9左右,在该转速和压比附近,膨胀机的定熵效率取得最大值82.7%.     

基于太阳能制氢和高温质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统性能分析

设计了一种基于太阳能制氢和高温质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统,运用Matlab软件搭建了该联供系统的数学模型,分析了该系统在额定工况下的运行情况。重点研究了变压吸附分离率、高温质子交换膜燃料电池电流密度、工作温度等关键参数对系统?效率和一次能源利用率以及系统输出的冷热电负荷的影响。研究结果表明:在额定输入甲醇流率下,该联供系统白天制氢的6 h期间输出功率为236.68 kW,同时还可为工厂提供1 180.30 kW的热负荷及165.14 kW的冷负荷; 24 h内可输出电功2.30×10⁷ kJ,输出热负荷2.55×10⁷ kJ,冷负荷1.43×10⁷ kJ,联供系统24 h的?效率为69.18%,一次能源利用率为91.69%;联供系统中?损最大的设备依次是燃烧室、换热器3和太阳能重整器。