太阳能燃气联合循环系统集成优化研究

太阳能燃气联合循环系统(ISCC)将槽式太阳能与燃气轮机联合循环相结合,充分利用太阳能作为中低温加热热源,是提高太阳能发电效率,降低太阳能发电成本,并减少系统CO_2排放的有效途径。本文针对太阳能直接蒸汽发生系统(DSG)与燃气轮机联合循环(CCGT)集成的系统,研究了太阳能蒸发给水份额对系统性能的影响,寻求最佳的系统集成模式,并对其经济性能做了初步的探讨。结果表明,太阳能蒸发给水份额为75%时,系统性能最优。     

高效太阳能热发电系统性能分析

为了提高太阳能热发电站的发电效率,提出了耦合空气轮机、汽轮机及热力塔为一体的太阳能发电系统。在该系统中,吸热器吸收的太阳能加热压气机所压缩的高压空气,多余的热量被储存在储热装置中以在无阳光的时候维持电站正常运转。被加热后的高压空气驱动透平后排入余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机,余热锅炉的排气以及冷却汽轮机凝汽器的空气进入热力塔底部驱动风力涡轮。本文建立了该系统的热力学模型并对系统效率作了计算,计算中对水蒸汽动力循环的参数做了优化。计算结果表明,该系统相比传统的太阳能热电站发电效率明显提高,在环境温度为15℃、空气轮机组透平进口温度为700℃、热力塔高度400 m以上时,空气轮机工作在有回热热效率高的工作模式下,系统循环效率超过了50%,该太阳能电站总的能量转换效率将可达到33%。     

太阳能驱动的生物质气化发电系统研究

本文提出一种基于太阳能驱动生物质气化的新型发电系统,利用塔式定日镜场聚光产生1000~1500 K高温太阳热能驱动生物质进行气化反应,并集成先进燃气-蒸汽联合循环发电系统高效利用气化合成气。对该系统进行了热力学性能分析,结果表明:与常规生物质气化方式相比,通过驱动生物质发生气化反应,不仅将间歇性的太阳能转化为稳定的合成气化学能,并增加了气化合成气的化学能,同时合成气中的H_2和CO的摩尔含量之比在气化温度为1000~1500 K时达到1.65~2.44,有利于直接合成甲醇等清洁液体燃料。在设计工况下,系统的太阳能热功转化效率将达到23.68%,随着气化反应温度的升高,系统的太阳能份额和输出的电功率增大,系统的总热效率和总效率均下降。研究成果将为高效利用我国西部丰富的太阳能与生物质能提供一条有效途径。     

槽式太阳能集热与化学热泵耦合的复合发电系统

本文提出了一种抛物槽式太阳能集热与化学热泵耦合的复合发电系统,对其热力性能进行了分析,并研究了反应器中反应蒸汽温度、镜场加热给水温度等关键运行参数对系统性能的影响。研究了太阳能特征参数对系统性能的影响规律,分析了太阳直射辐照强度(DNI)高于设计工况时,储能材料氧化钙的量与DNI的关系。设计工况下,系统输出功335.7 MW,热效率为30.4%,发电效率23.6%。所提出的系统,为解决槽式太阳能单独热发电系统蒸汽参数低导致动力循环热效率低的难题提供了新途径。     

太阳能甲烷重整热化学互补发电系统性能研究

本研究搭建了太阳能热化学实验平台,依托室内太阳模拟平台,进行了2 kW太阳能甲烷重整反应器的实验研究,探究了反应温度、反应物流量等关键参数对系统性能(甲烷转化率、产物选择性)的影响,并基于燃气-蒸汽联合循环发电系统模型,模拟计算了太阳能热化学互补发电系统性能。结果表明,当反应器腔体的平均温度为880℃、甲烷流量为5.5 L·min^-1、水碳比为3:1时,甲烷的转化率为55.8%,太阳能净发电效率可达26.0%。     

太阳能与LNG冷能耦合发电系统研究

基于能的梯级利用和品位提升原理,本文提出一种耦合太阳能和LNG冷能应用的新型燃气-氨水联合循环发电系统。该系统将中低温太阳热能间接转化为高品质电能,以氨水作为朗肯循环工质,并最大化地利用LNG冷能。从系统性能和节能潜力出发,该系统热力学第一定律效率达65%~75%,系统(火用)效率达56%~64%,均远高于常规天然气基联合循环,而引入中低温太阳热能、高温燃气新途径利用、氨水工质朗肯循环以及LNG冷能应用是系统性能提高的关键过程。本文为化石能源和可再生能源的综合互补应用提供了新思路。     

太阳能热化学与化学回热联合的冷热电系统

提出了一种太阳能热化学与化学回热过程联合的冷热电联产系统。利用太阳能驱动甲醇分解反应,产生的合成气在内燃机中燃烧作功,内燃机排烟余热与导热油换热,并驱动甲醇分解反应以回收余热。对系统进行了热力学性能分析,探究了全年典型日下系统热力性能与储能特性规律.研究结果表明:设计工况下系统一次能源利用率为78.4%,太阳能净发电效率为21.1%。在300~1000 W/m~2的直射辐照强度范围内,系统可以实现稳定运行,太阳能净发电效率稳定在19.3%~21.5%的变化范围内。     

低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

太阳能热化学与燃料电池联合的发电系统

本文提出了一种新型的太阳能与燃料热化学互补的发电系统,集成了太阳能热化学燃料转化过程与固体氧化物燃料电池(SOFC)单元。200～300℃中低温太阳能驱动甲醇热分解反应,将太阳能转化为富氢燃料(H₂、CO)的化学能,产生的太阳能燃料用于驱动SOFC燃料电池进行发电,实现了太阳能及甲醇燃料的高效发电利用。同时,采用微型燃气轮机(MGT)对SOFC余热及未反应燃料进行回收,实现动力余热的高效梯级利用,进一步提升了系统的发电效率及能源利用率。设计工况下,系统发电效率达到58.24%,太阳能净发电效率为41.1%。该研究为太阳能和清洁燃料的高效利用提供了新途径。     

中温太阳能与化学链燃烧整合的冷热电系统

本文提出了中温太阳能与二甲醚-氧化钴化学链燃烧整合的新颖冷热电联产系统,并对系统热力性能及关键参数对系统热力性能的影响进行了分析。研究表明,燃气透平入口初温(TIT)1000℃,压比8.8时,新系统的总能效高达92.6%。在输出量相同的情况下,新系统的化石能源节能率达29.3%,太阳能集热面积节省率可达69.8%。同时,采用热重分析仪对系统关键过程—二甲醚-氧化钴化学链燃烧开展了初步的实验研究,验证了新系统的可行性。     

多元混合工质内复叠节流结合涡流管复合循环的热力分析

针对多元混合工质内复叠节流循环和涡流管的特点 ,提出了一种新的复合循环流程 ,以期达到液氮以下的制冷温度。建立了适当的涡流管热力学模型 ,采用火用分析方法对复合制冷循环各部件进行了分析。在相同的条件下 ,对复合循环和内复叠循环的热力特性进行对比 ,结果表明 ,采用复合循环可以提高整个循环的火用效率 ,完全可能达到液氮以下的制冷温度     

Accelerating Cycle Expansions by Dynamical Conjugacy

Periodic orbit theory provides two important functions—the dynamical zeta function and the spectral determinant for the calculation of dynamical averages in a nonlinear system. Their cycle expansions converge rapidly when the system is uniformly hyperbolic but greatly slow down in the presence of non-hyperbolicity. We find that the slow convergence can be attributed to singularities in the natural measure. A properly designed coordinate transformation may remove these singularities and results in a dynamically conjugate system where fast convergence is restored. The technique is successfully demonstrated on several examples of one-dimensional maps and some remaining challenges are discussed.     

热力学中的循环问题的讨论

通过对热力学中的卡诺循环、三角形路径的循环以及半圆形路径的循环过程的讨论，探索吸热和放热的位置的转换点，从而正确地计算系统做功、效率等．     

一种新型自复叠制冷循环特性研究

提出一种新型自复叠制冷循环,通过设置喷射器,利用高压高沸点液态制冷剂引射低压低沸点气态制冷剂,充分回收高沸点组分的节流损失,提高压缩机吸气口处低沸点组分的吸气压力并获取更低制冷温度。建立了组成系统部件热力学数学模型,分析了冷凝温度、混合工质配比和压缩比等参数对传统自复叠制冷循环和新型自复叠制冷循环的工作特性影响。研究表明,新型自复叠制冷循环制冷效率与传统自复叠制冷循环相当,但前者所获得制冷温度比后者所获得制冷温度可降低约10～20℃     

Cooling Cycle Optimization for a Vuilleumier Refrigerator

Vuilleumier refrigerators are a special type of heat-driven cooling machines. Essentially, they operate by using heat from a hot bath to pump heat from a cold bath to an environment at intermediate temperatures. In addition, some external energy in the form of electricity can be used as an auxiliary driving mechanism. Such refrigerators are, for example, advantageous in situations where waste heat is available and cooling power is needed. Here, the question of how the performance of Vuilleumier refrigerators can be improved is addressed with a particular focus on the piston motion and thus the thermodynamic cycle of the refrigerator. In order to obtain a quantitative estimate of the possible cooling power gain, a special class of piston movements (the AS motion class explained below) is used, which was already used successfully in the context of Stirling engines. We find improvements of the cooling power of more than 15%.     

Average Cycle Period in Asymmetrical Flashing Ratchet

The directed motion of a Brownian particle in a flashing potential with various transition probabilities and waiting times in one of two states is studied. An expression for the average cycle period is proposed and the steady current J of the particle is calculated via Langevin simulation. The results show that the optimal cycle period τ_m, which takes the maximum of J, is shifted to a small value when the transition probability λ from the potential on to the potential off decreases, the maximal current appears in the case of the average waiting time in the potential on being longer than in the potential off, and the direction of current depends on the ratio of the average times waiting in two states.     

The Carnot Cycle,Reversibility and Entropy

The Carnot cycle and the attendant notions of reversibility and entropy are examined. It is shown how the modern view of these concepts still corresponds to the ideas Clausius laid down in the nineteenth century. As such, they reflect the outmoded idea, current at the time, that heat is motion. It is shown how this view of heat led Clausius to develop the entropy of a body based on the work that could be performed in a reversible process rather than the work that is actually performed in an irreversible process. In consequence, Clausius built into entropy a conflict with energy conservation, which is concerned with actual changes in energy. In this paper, reversibility and irreversibility are investigated by means of a macroscopic formulation of internal mechanisms of damping based on rate equations for the distribution of energy within a gas. It is shown that work processes involving a step change in external pressure, however small, are intrinsically irreversible. However, under idealised conditions of zero damping the gas inside a piston expands and traces out a trajectory through the space of equilibrium states. Therefore, the entropy change due to heat flow from the reservoir matches the entropy change of the equilibrium states. This trajectory can be traced out in reverse as the piston reverses direction, but if the external conditions are adjusted appropriately, the gas can be made to trace out a Carnot cycle in P-V space. The cycle is dynamic as opposed to quasi-static as the piston has kinetic energy equal in difference to the work performed internally and externally.     

小型透平逆布雷顿循环空气制冷机的研制

随着高效紧凑换热器和低温透平膨胀机特别是高速气体轴承透平膨胀机的发展 ,逆布雷顿循环空气制冷机在普冷和深冷领域拥有更广阔的应用前景。为了深入研究逆布雷顿循环空气制冷机系统及其主要部件低温透平膨胀机、换热器的运行性能 ,西安交通大学制冷与低温工程研究所研制了 30 Nm3/ hr小型透平逆布雷顿循环空气制冷机