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中国电机工程学报 2016年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志分布式能源系统专题

特约主编寄语3149-3149

摘要：随着我国能源结构调整,以天然气为代表的清洁燃料和可再生能源得到快速发展。分布式能源是利用清洁燃料或可再生能源,通过电、冷、热联产,实现能的梯级利用的新型能源系统,具有高效、环保、可靠、智能等特点,是实现节能减排和就近消纳可再生能源的重要途径,被列为我国科学技术中长期发展规划中能源领域的四项前沿技术之一。

中国电机工程学报杂志能的梯级利用系统

多能源互补的分布式冷热电联产系统理论与方法研究3150-3160

摘要：分布式能源是能源系统的未来发展方向。针对分布式冷热电联产系统当前存在的燃料化学能直接燃烧不可逆损失大,微小型动力循环效率低,动力变温余热缺乏有效利用方法,以及系统变工况性能差等技术难题,文中围绕燃料化学能与热能综合梯级利用原理、多能源互补机理与全工况性能调控机制2个关键科学问题,从能的梯级利用、多能源互补、系统全工况性能主动调控3个方向开展研究。初步建立了能的综合梯级利用理论,在化石燃料与太阳能热化学互补、对转冲压发动机、热声发电等核心技术方面取得突出进展,并指导完成了兆瓦级分布式冷热电联供系统工程示范。研究成果可以为我国分布式能源的发展提供理论基础和自主创新技术支撑。

低温热源有机工质向心透平变工况特性分析3161-3167

摘要：有机物朗肯循环发电系统广泛应用于工业余热、太阳光热和地热等低温热源回收利用领域。作为关键做功部件,膨胀机的性能对有机物发电系统效率和输出功率有着重要的影响。该文针对温度为150-200℃的工业烟气余热,选择R600a为循环工质,进行了适用于有机物朗肯循环发电系统的150k W级有机工质向心透平初步设计和变工况性能研究。在一维气动热力计算和CFD数值模拟基础上,获得了向心透平设计工况气动性能,研究了入口压力、入口温度以及转速对向心透平变工况性能的影响。结果表明,入口压力对有机工质向心透平性能影响最大,转速次之,入口温度的影响最小。同设计工况相比,入口压力变化约±6.25%（±0.1MPa）时,向心透平功率变化约±7.4%（±12 k W）,效率变化约±1.2%（±1%）,流量变化约±6.58%（±0.27 kg/s）。

采用BP-GA算法的有机朗肯循环多目标优化3168-3175

摘要：有机朗肯循环是低品位热能回收利用的一个重要方式,是利用有机工质蒸发温度较低的优势直接对低温热源回收发电的技术。针对工程应用的实际需求,从热力性、经济性和环境性3个方面对循环进行多目标优化设计。提出了考虑全生命周期影响的年减排量指标,选取循环热效率、效率、投资回收期和年减排量为目标函数,以蒸发温度和冷凝温度为决策变量,建立系统的多目标优化模型。根据热源特性,选取R600a、R114、R245fa和R245ca作为循环的运行工质,采用BP-GA算法对优化模型进行求解,得到不同工质的最优解。在热源工况和环境温度变化的情况下,对优化循环进行了敏感性分析。结果表明,工质R245fa具有最优的综合性能;热源温度和环境温度的变化分别影响循环的最优蒸发温度和最优冷凝温度,进而影响了系统的性能。

低温余热驱动的热电复合系统优化设计3176-3183

摘要：基于热力学定律,对低温余热驱动的有机朗肯循环（ORC）与热泵循环（HPC）组成的复合系统进行了分析计算,并对不同状态参数对系统性能的影响进行了讨论及优化设计。研究表明：在余热资源温度为368.15K、流量为1kg/s的标准运行工况条件下,系统的高品位产热量为27.56k W,能量利用率为10.13%,此时系统最佳的ORC蒸发温度为335.15K使得系统的能量利用率最高,高温产热量最大;而ORC系统冷凝温度的提高将降低系统的高温产热量;同时研究发现：膨胀机等熵效率的提升对复合系统产热量的增加有较明显的作用。

用于ORC发电系统的混合工质R601a/R600a的实验研究3184-3191

摘要：在采用涡旋膨胀机的有机物朗肯循环发电实验系统中,对3种组分的混合工质R601a/R600a和纯工质R601a分别进行实验研究,获得了相应部件运行参数与系统性能。这3种组分分别为0.8/0.2（R601a/R600a,M1）,0.6/0.4（R601a/R600a,M2）和0.4/0.6（R601a/R600a,M3）。实验结果表明由于非等温相变特性,这3种组分的R601a/R600a比R601a能从热源流体回收更多热量用于做功。当热源温度为120℃和冷源温度为30℃时,M1和M2的净输出功率分别比R600a高出10%和17.2%。在实验涉及的组分范围内,R601a/R600a的膨胀比会随着R601a占比减小而下降。此外,使得系统净输出功率最大的最佳组分在0.6/0.4附近。实验结果对ORC发电系统中混合工质R601a/R600a的应用具有重要的指导意义。

热声驱动制冷与发电一体机的设计与优化3192-3197

摘要：介绍了一种热声驱动制冷与发电一体机的设计思想和优化过程。在一直线型半波长谐振器内依次布置4个功能单元：驻波热声发动机、行波热声发动机、行波热声制冷机和发电机。直线型结构代替环形行波回路,避免了声直流等制约热声技术商业化发展的问题。系统中发动机为制冷机和发电机提供驱动声源;驻波发动机为行波发动机和制冷机提供行波声场条件;发电机实现声电转换的同时,增加系统中的行波成分,调节系统中的声场。各个功能单元有机的结合,相互配合工作,在实现自身功能的同时为其他功能单元创造有利的工作环境。

上海地区不同类型建筑的CCHP-ORC系统评价与分析3198-3205

摘要：将传统的分供能源（SP）系统作为基准,以一次能源消耗量、年总费用和碳排放量构成的综合指标为优化目标,根据相关约束条件建立线性优化模型,分析评价了含有机朗肯循环（ORC）的冷热电联供（CCHP）能源系统在不同建筑类型的应用。对上海5种典型建筑进行研究,计算结果表明,相对于分供系统,商业和办公建筑等在使用CCHP系统后可提高能源系统的综合性能,但由于这种建筑的特点是热电比低、用电量大,内燃机在过渡季节会有大量过剩的余热无法合理利用,加入ORC系统后,能源系统的综合性能会有明显的改善;对于酒店和医院等热电比高、用热（冷）量大等特点的建筑,ORC系统的加入,对原有CCHP系统的综合性能影响较小。

考虑气候条件及建筑类型等因素的分布式冷热电三联产系统的多目标优化及评估3206-3213

摘要：基于能源、环境、经济评价标准,结合层次分析法,在以电定热运行策略下,以原动机额定容量及蓄热设备额定容量为优化变量,考虑气候条件、建筑类型等影响因素,对中国5个气候区（温和地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区、寒冷地区、严寒地区）的5个代表城市（昆明、广州、长沙、北京、哈尔滨）的3类公共建筑（宾馆、办公、学校教学楼）的冷热电三联产系统进行优化及评估。结果表明：气候条件、建筑类型对楼宇级冷热电三联产系统均有显著影响,在以电定热运行模式下,楼宇级冷热电三联产的系统性能在热需求大的气候区较优于冷需求大的气候区：哈尔滨〉北京〉昆明〉长沙〉广州;系统性能在同一气候区的不同建筑类型排序为：宾馆〉学校教学楼〉办公楼。

分布式能源系统多指标综合评价研究3214-3222

摘要：分布式能源系统由于其能量输出形式较多,发电出力具有间歇性、不稳定性以及具有环保效益等特点,在构建综合评价模型、评价指标,确定权重等方面存在技术难点。文中在全面分析分布式能源实际特点的基础上,构建了包含分布式能源经济、能耗、环境因素的指标体系;为了更好的确定指标权重,提出了主观与客观赋权相结合的AHP-熵权赋权法,并运用熵值对AHP法赋权进行修正,将主观与客观赋权法科学、合理地结合;建立了多属性加权决策模型,并结合雷达图、散点图分析了各方案的同一度,对立度以及差异度。实证分析结果表明模型评价结果直观且与实际相符,数据信息利用率较高。

基于能的品位概念的？经济分析方法及其案例分析3223-3230

摘要：由于冷、热、电等能量品质差异,对分布式冷热电联产等复杂能量系统的评价与优化成为研究难点,？经济分析方法通过计算各产品生产成本,有统一量化能量品质差异的潜力,成为国内外研究热点。成本分摊是？经济学分析的重要环节,目前常用的成本分摊方法大多不能反映能量成本与其品质之间的内在联系,常常出现冷热等低品位能源产品的单位？经济成本高于高品位能源产品的情况,严重偏离实际。该文考虑能量成本与其品质之间的关系,以此推导新的成本分摊方程,符合能量的优质优价原则,进而首次提出了基于能的品位概念的？经济分析方法。对燃气轮机热电联产系统案例分析表明,新的？经济分析方法中成本分摊更加合理,得到的高品质产品电的单位？经济成本高于低品质产品热,与实际情况接近。该方法可以拓展应用到分布式冷热电联供等复杂能量系统,并将为系统的评价与运行优化提供理论支撑。

阵列驻涡预混器内流抗挂火机理研究3231-3241

摘要：阵列驻涡预混器是燃气轮机低污染燃烧室燃料–空气预混器的一种设计概念,抗挂火是其关键性工作原理。文中基于阵列驻涡单元流动的二维模型,借鉴钝体稳焰理论,通过理论分析和实验,研究了其抗挂火机理。流动分析表明,阵列驻涡的流场结构稳定,在Re=500-50000范围内,回流区尺寸基本保持不变。针对上述流场,建立了基于热平衡理论的抗挂火性能分析模型,通过标量输运分析揭示了化学反应流的亚临界稳定性特征及其抗挂火机理,明确了抗挂火的工况范围及安全边界。通过二维模型的燃烧实验,初步验证了理论分析和计算的合理性,获得了入口气流温度300-700K,化学当量比0.5-1.0工况范围内的抗挂火临界流速。

中国电机工程学报杂志多能互补方法

太阳能热声发电技术研究进展3242-3249

摘要：基于太阳能等清洁可再生能源的发电技术是解决当前能源与环境问题的有效途径之一。太阳能发电包括光热发电技术与光伏发电技术,两者各具优势,可分别满足不同场合的应用需求。热声发电技术是一种新型热发电技术,具有可靠性好、效率高、环境友好等优点。同时,还具有功率灵活的特点,既可以单台小功率工作,又可以多台联合实现大功率工作,非常适合太阳能利用。文中在回顾现有光热发电技术的基础上,介绍行波热声发动机与发电技术的发展历程,同时也介绍了太阳能热声发电方面的应用探索,认为行波热声发电技术将会成为未来太阳能光热发电的一项新技术。

一种改进的吸收–压缩混合GAX制冷循环理论性能分析3250-3255

摘要：吸收式制冷是热能利用的重要形式之一,氨吸收式制冷中的GAX（发生–吸收热交换器）循环具有相对较高的效率,吸收–压缩耦合的混合GAX循环可以进一步提高GAX循环效率。为了应对GAX循环中GAXA（发生–吸收热交换器吸收器）和GAXG（发生–吸收热交换器发生器）热量匹配问题,提出了一个改进的吸收–压缩混合GAX循环。研究了蒸发温度、冷凝温度、放气范围和换热温差对新循环和基础GAX循环的影响。新循环较基础GAX循环性能在大部分工况下有显著提升,COP提高可达30%以上,尽管如此,模拟现实新循环仍具有一定的适用范围。

带低温蓄热的高温太阳能S-CO2与ORC联合循环3256-3262

摘要：超临界CO2布雷顿循环（S-CO2）被认为是未来太阳能发电最具潜力的热循环形式,但较高的透平入口温度对蓄热提出了很高要求。该文提出了一种S-CO2循环与有机朗肯循环（ORC）结合的发电系统。白天利用S-CO2循环发电,并将排出的废热储存,夜间将储存的热量释放用于ORC部分发电,在实现系统昼夜连续发电的同时又避免了高温蓄热遇到的困难。仿真计算表明,在联合循环中硅油类工质循环性能较好,当ORC最高温度达到220-230℃时ORC发电量即可达到总发电量的50%,并且此时整体效率可保持在38%以上。研究结果表明,S-CO2与ORC联合循环有能力在保持较高系统整体效率的同时,即实现了昼夜连续发电又避免了高温蓄热。

太阳能与甲烷化学链燃烧耦合的冷热电联产系统3263-3269

摘要：基于物理能与化学能综合梯级利用原理和化石能源与可再生能源互补利用技术,提出了太阳能与甲烷化学链燃烧耦合的分布式冷热电联产系统,实现了能源动力系统与CO2低能耗分离一体化技术。通过对系统进行热力学分析表明,系统的能量利用率达到67%,？效率可达55%,分别比参比的甲烷直燃型冷热电联产系统高出约7和4个百分点。当太阳能份额约为32%时,系统太阳能热转？效率为24%。针对太阳能作为化学链系统的驱动能源,进行了太阳能辐射强度变化对系统性能影响的研究。研究表明,当太阳能辐射强度由600 W/m2增加到1000 W/m-2时,系统各效率随之增大。此外,通过对新系统与参比系统进行基于能量品位定律的EUD？图像分析,揭示了耦合后的系统性能提高的根本原因。

分布式光伏能源驱动制冰蓄冷系统能量转化与（火用）流的数值模拟3270-3277

摘要：建立分布式光伏能源驱动制冰蓄冷系统的光-电能量特性理论模型,分析光伏能源系统与制冰蓄冷系统中能量传递特性与（火用）流,得到各部件能量与（火用）值,给出能量损耗与（火用）损,并对理论模型进行实验验证。研究表明,系统对外供冷功率的理论计算结果与实验数据吻合较好,建立的模型能较好体现光伏驱动冰蓄冷空调系统能量传递特性及各部件能量损耗情况。分布式光伏能源系统的光电转换效率为13.28%,系统能量利用率为7.02%,（火用）利用率为38.51%,对外供冷176.51W,供冷输出（火用）为358.61W。

主动式热平衡NG-CHP与GSHP耦合分布式系统集成研究3278-3284

摘要：针对浅层地热能应用过程中尚未解决的热平衡控制、天然气基分布式能源系统含硫低温烟气余热无法回收利用两个关键问题,基于能的综合梯级利用以及主动式热平衡思想,提出基于主动式热平衡集成机理的燃气轮机与热泵耦合一体化应用分布式热电联产系统,借助新型集成方式将含硫低温烟气余热回收与土壤源热泵一体化应用,不仅同时解决含硫低温烟气余热回收以及热失衡问题,并大幅提高系统热力性能与系统运行稳定性。采用流程模拟软件Aspen-plus完成新型系统以及参比系统性能对比计算,计算结果表明,较之参比系统,该新型系统总能系统效率达到82.7%,较参比系统73.8%,提高8.9个百分点;？效率为28.8%,较参比系统25.8%,提高3个百分点。该新型统的集成方法与思路为中低温烟气余热的高效应用提供一种新解决途径。