基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统
一种基于超临界CO布雷顿循环的热电联产系统[发明专利]
![一种基于超临界CO布雷顿循环的热电联产系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b6a7743da58da0116d174975.png)
专利名称：一种基于超临界CO布雷顿循环的热电联产系统专利类型：发明专利
发明人：向文国,吴牧笛,陈时熠,赵正浩,虞然
申请号：CN201710348884.3
申请日：20170517
公开号：CN107060914A
公开日：
20170818
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于超临界CO布雷顿循环的热电联产系统。
本发明包含燃料燃烧单元、超临界CO布雷顿发电单元、用户供热单元、工业供气单元，所述的燃料燃烧单元(1)用于产生高温烟气给所述的超临界CO布雷顿发电单元提供热量；所述的超临界CO布雷顿发电单元吸收燃料燃烧单元提供的热量在做功发电后分别将余热用于加热所述的用户供热单元和工业供气单元；所述的用户供热单元用于吸收所述的超临界CO布雷顿发电单元的余热进行居民供热和所述的工业供气单元提供热量。
本发明在超临界CO循环发电的基础上，利用烟气和CO余热进行换热，提高机组效率。
申请人：东南大学
地址：211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
国籍：CN
代理机构：南京众联专利代理有限公司
代理人：许小莉
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超临界二氧化碳布雷顿循环太阳能热发电关键问题
超临界二氧化碳布雷顿循环太阳能热发电关键问题内容提纲太阳能热发电技术发展现状超临界二氧化碳布雷顿循环热发电用蓄热介质熔盐-超临界二氧化碳换热器研究超临界二氧化碳布雷顿循环太阳能热发电关键问题实现碳达峰、碳中和目标，中国必须走高比例可再生能源之路75届联合国大会上宣布“双碳”目标中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和2020年中国能源结构（3）太阳能高温热发电具有与火力发电相同的品质，完全可以替代火电实现风电和光伏发电的长距离输送。
（2）目前，风电和光伏发电的长距离输送主要靠与火电打捆输送，未来随着火力发电装机容量不断被压缩，风电和光伏发电的未来发展需要连寻求续可调的高品质备用能源发电作为支持。
(1) 太阳能和风能的间歇性特点，使得风电和光伏发电以分散的形式接入电网，电网的安全运行造成冲击，造成弃风弃光现象严重。
太阳能热发电完全可以替代火电实现风电和光伏发电的长距离输送。
我国太阳能热发电前景太阳能热发电未来装机规模近日，国家能源局发布了《国家能源局综合司关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》，提出力争“十四五”期间，全国光热发电每年新增开工规模达到300万一现有太阳能热发电效率受限水蒸气的临界点参数受水蒸气临界点参数（22MPa, 374℃）及朗肯循环发电机组容量小的影响，目前太阳能热发电效率不高，低于目前的火电大机组发电效率。
太阳能热发电技术现状一第一代第二代第三代传热蓄热介质导热油/蒸汽太阳盐/蒸汽超临界CO2循环最高温度400℃565℃720℃系统形式槽式塔式塔式热力循环系统朗肯循环朗肯循环sCO2布雷顿循环光热发电效率16%汽轮机（38.1%）17.5%汽轮机（43.9%）~20%~50%(理论) 全球最早商业运行的槽式电站Andasol1（西班牙）发电功率方面的优势：如果sCO热功效率增加到247%，则光电效率增加1%，按照中控50MW太阳能热发电的镜场面积54万m2、DNI为2200kWh/m2/年计算，则每年多发电11.88亿度电。
基于超临界CO2布雷顿循环的燃煤发电系统优化分析
中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文编号：15xxxx 基于超临界CO2布雷顿循环的燃煤发电系统优化分析周敬1，凌鹏1,2，张晨浩1，崔晓宁1，徐俊1，许凯1，苏胜1，胡松1，汪一1，向军1，* （1华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉4300742长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙，410114）（Tel：87542417-8206，Email：xiangjun@）摘要:本文建立超临界CO2燃煤发电系统全流程优化模型，在32.5MPa/605℃/610℃/610℃/高参数条件下，分析不同冷却方式、再热级数以及省煤器布置方式对系统性能的影响。
结果显示：中间冷却与二次再热在高压缩比下能有效提高S-CO2布雷顿循环热力性能；锅炉受热面压降能降低循环系统热力学性能且对二次再热影响高于一次再热；从高温回热器入口引出部分流到省煤器能有效提升S-CO2发电系统全厂效率；；相同条件下，超临界CO2发电系统全厂效率高于传统蒸汽锅炉。
关键词超临界CO2布雷顿循环；燃煤发电系统；热力系统优化；全流程模型Thermodynamics optimization analysis of supercritical CO2 coal-fired power generation system based on Supercritical CO2 Brayton Cycle Zhou Jing1，Ling Peng 1,2, Zhang Chenhao 1, Cui Xiaoning1, Xu Jun 1, Xu Kai 1, Su Sheng 1, Hu Song 1, WangYi 1, Xiang Jun 1, *（1 State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, HuazhongUniversity of Science and Technology, Wuhan 430074, China2 School of Power and Energy Engineering, Changsha University of Science and Technology, ChangshaHunan 410114, China）Abstract:This paper establishes a Thermodynamics optimization model of supercritical CO2 coal-fired power generation system. Under the high-parameter conditions of 32.5MPa/605°C/610°C/610°C/, different cooling modes, reheat stages, and economizer layouts are analyzed for system performance. The results show that the intercooling and double reheat can improve the thermal performance of the S-CO2 Brayton cycle at high compression ratios effectively; double reheat is more affected by the pressure drop at the heated surface of the boiler than the single reheat.; the case that the part flow is introduced from the inlet side of high-temperature recuperator into the economizer can utilize effectively waste heat and improve the whole plant efficiency; Under the same conditions, the whole plant efficiency of supercritical CO2 power generation system is higher than the traditional steam boiler.Key words:Supercritical CO2Brayton cycle; Coal-fired power generation system; Thermodynamics optimization analysis; Process analysis0前言提高发电机组效率、降低污染物的排放是电力行业研究的永恒主题和目标；当前，锅炉系统主要是以蒸汽朗肯循环为主流的能量转换系统，其发展受到材料和技术的限制。
基于超临界CO2循环的地热与太阳能混合系统研究
第6卷 第1期 2018 年 2 月新能源进展ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGY文章编号：2095-560X（2018）01-0062-07Vol. 6 No. 1 Feb. 2018基于超临界 CO2 循环的地热与太阳能混合系统研究*郑开云†，黄志强（上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240）摘 要：超临界 CO2 循环可以耦合较低温度的地热和较高温度的太阳能热组成混合热源发电系统。
相比能量分析 方法，㶲分析方法更便于分析混合系统对提高能量利用率的作用，以及识别造成可用能损失的设备和过程。
115℃地热和 200℃地热分别与采用槽式聚光集热技术的太阳能热组成混合热源，构成简单回热超临界 CO2 循环。
分析结 果表明：混合系统的㶲效率比单纯太阳能热的循环系统提高了 5% ~ 10%；太阳能聚光集热器的㶲损失最大，占80%以上，其次是除预冷器以外的各类换热器以及透平；相比之下，压缩机和预冷器的㶲损失较小。
减少㶲损失的关键是提高太阳能聚光集热器和换热器的性能，包括提高集热管运行温度，以及提高换热器效能。
关键词：超临界 CO2 循环；地热；太阳能；能量分析；㶲分析；效率中图分类号：TK122A文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.010Study on Hybrid Geothermal-Solar Energy System withSupercritical Carbon Dioxide CycleZHENG Kai-yun, HUANG Zhi-qiang(Shanghai Power Equipment Research Institute Co. Ltd., Shanghai 200240, China)Abstract: Supercritical carbon dioxide cycle can be composed to a hybrid power system by combining low temperature geothermal energy with high temperature solar energy. Compared with energy analysis method, exergy analysis method is better to analyze the effect of hybrid system for the improvement of the energy utilization efficiency, as well as the identification of equipment and process causing the loss of available energy. A simple regenerative cycle was configured, using 115oC and 200oC geothermal energy respectively, combined with solar energy with parabolic trough concentrating receiving technology. Analysis results showed that the exergy efficiency of hybrid system was 5% ~ 10% higher than system with pure solar energy; solar energy concentrating and receiving devices caused the largest portion of exergy loss, accounting for more than 80%, followed by various types of heat exchangers except precooler and the turbine; in contrast, the compressor and the precooler caused the lest exergy loss. Improvement of the performance of solar energy concentrating and receiving devices and the heat exchangers was the key to cut down the exergy loss, including increase in operating temperature of solar receiver, and the effectiveness of heat exchangers. Key words: supercritical carbon dioxide cycle; geothermal energy; solar energy; energy analysis; exergy analysis; efficiency0前言随着我国大力推进能源低碳转型发展，可再生 能源，包括水、风、光、生物质、地热能等正成为 能源开发的热点。
超临界二氧化碳循环在塔式太阳能热发电中的应用
! 引言 作为目前最前沿的光热发电技术之一，超临界二氧化碳太
阳能热发电技术曾于 ２０１８年 ５月 ２５日被列入中国电机工程 学会发布的《能源动力领域十项重大工程技术难题》。
二氧化碳具有合适的临界参数，化学性质不活泼，且具有 压缩性好、安全无毒、储 量 丰 富 等 优 点。 超 临 界 二 氧 化 碳 （Ｓｕ ｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ，Ｓ－ＣＯ２）是 气 态 和 液 态 并 存 的 流 体， 密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的 １００ 倍。和常规蒸汽发电相比，超临界 ＣＯ２ 发电系统的体积更小、 重量更轻、热损更小、转换效率更高，系统仅需要较低的热量即 可启动发电机、应对负荷变化调整迅速、支持快速启停，同时还 可以节约大量水资源，是太阳能热发电在光照资源好但水资源 紧缺的荒漠地区的理想选择。 " 超临界 .*# 光热发电系统
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创新与实践
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，２０１９
图 １ 基于超临界 ＣＯ２ 循环的塔式光热发电系统示意图
超临界 ＣＯ２ 透平将做功后的超临界 ＣＯ２ 流体工质送至高 温回热器，换热后进入低温回热器，低温回热器出口的超临界 ＣＯ２ 流体经分流器分为两路，一路进入预冷器；另一路进入再 压缩机。预冷器出口的超临界 ＣＯ２ 流体工质将被输送至主压 缩机进行升压，升压后输送至低温回热器，然后再与再压缩机 出口的工质经汇流器进行混合，混合后进入高温回热器，经高 温回热器升温后进入主换热器与熔盐工质进行换热。
技术与市场 ２０１９年 第２６卷 第４期
创新与实践
超临界二氧化碳循环在塔式 太阳能热发电中的应用
程 虎，奚正稳，孙登科
（东方电气集团 东方锅炉股份有限公司，四川 成都 ６１１７３１）
基于S-CO2分流再热式布雷顿循环的塔式太阳能热发电系统研究
第３４卷 第８期Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．８重庆理工大学学报（自然科学）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）２０２０年８月Ａｕｇ．２０２０ 收稿日期：２０１９－０５－２６基金项目：国家自然科学基金项目（５１６０６１０５）；中央高校基本科研业务费资助项目（ＮＳ２０１７０１２）作者简介：陈恺祺，硕士，Ｅ ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｋａｉｑｉ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５（ｚ）．２０２０．０８．０２７本文引用格式：陈恺祺，蒲文灏，张豪，等．基于Ｓ ＣＯ２分流再热式布雷顿循环的塔式太阳能热发电系统研究［Ｊ］．重庆理工大学学报（自然科学），２０２０，３４（８）：１９０－１９７．Ｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔ：ＣＨＥＮＫａｉｑｉ，ＰＵＷｅｎｈａｏ，ＺＨＡＮＧＨａｏ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＴｏｗｅｒＳｏｌａｒＴｈｅｒｍａｌＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＤｉｆｆｌｕｅｎｔＦｌｏｗＲｅｈｅａｔｉｎｇＢｒａｙｔｏｎＣｙｃｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０２０，３４（８）：１９０－１９７．基于Ｓ ＣＯ２分流再热式布雷顿循环的塔式太阳能热发电系统研究陈恺祺，蒲文灏，张 豪，宋张扬，杨晨辉，岳 晨（南京航空航天大学能源与动力学院，南京 ２１００１６）摘 要：随着工业生产和社会经济的迅猛发展，电能的消耗量急速增加，与此同时化石能源却越来越少，塔式太阳能热发电的潜力逐渐显现。
建立了以熔融盐为传热介质、超临界ＣＯ２分流再热式布雷顿循环为动力循环的塔式太阳能热发电系统模型。
深入分析了分流系数及压比、回热度及压差和腔式太阳能集热器的温度对系统循环热效率的影响。
一种基于超临界二氧化碳的发电系统[发明专利]
![一种基于超临界二氧化碳的发电系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/de9fa2ef5122aaea998fcc22bcd126fff7055d33.png)
(10)申请公布号 CN 102606241 A(43)申请公布日 2012.07.25C N 102606241 A*CN102606241A*(21)申请号 201210103985.1(22)申请日 2012.04.10F01K 25/10(2006.01)(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100029 北京市朝阳区北土城西路3号(72)发明人王磊 景玉鹏(74)专利代理机构北京市德权律师事务所11302代理人刘丽君(54)发明名称一种基于超临界二氧化碳的发电系统(57)摘要本发明涉及发电系统及方法技术领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳的发电系统。
所述发电系统，包括压缩机、集热器、二氧化碳涡轮机、发电机和冷却装置；压缩机的出口与集热器的入口相连，集热器的出口与二氧化碳涡轮机的入口相连，二氧化碳涡轮机的输出端与发电机的输入端相连；二氧化碳涡轮机的出口与冷却装置的入口相连，冷却装置的出口与压缩机的入口相连，形成一个循环。
本发明利用超临界二氧化碳在封闭的循环中从外部吸热进行热力循环，不但可以发电，还可以为用户提供空调制冷以及热水。
本发明与传统的水蒸气发电相比，发电效率高10％～20％，且本发明系统精巧，结构紧凑，设备费低廉，无环境污染。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1/1页1.一种基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于：包括压缩机、集热器、二氧化碳涡轮机、发电机和冷却装置；所述压缩机的出口与所述集热器的入口相连，所述集热器的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连，所述二氧化碳涡轮机的输出端与所述发电机的输入端相连；所述二氧化碳涡轮机的出口与所述冷却装置的入口相连，所述冷却装置的出口与所述压缩机的入口相连，形成一个循环。
2.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于：所述压缩机的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连。
一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统[实用新型专利]
![一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ac76d03949649b6649d747d9.png)
专利名称：一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统
专利类型：实用新型专利
发明人：徐钢,包塞纳,郑清清,高亚驰,胡玥,雷兢
申请号：CN201720039184.1
申请日：20170113
公开号：CN207349038U
公开日：
20180511
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了属于太阳能节能优化领域的一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统，该系统主要包括塔式太阳能岛、一级加热器、高压透平、二级加热器、低压透平、调峰透平、回热器、蓄热器、压缩机、小透平、ORC回热器、循环泵以及冷却器。
本系统增设了一个调峰透平和ORC循环系统，白天（ORC循环不工作）用电低谷时，超临界二氧化碳通过太阳能加热后驱动涡轮做功，输出电能，并将经过回热器后的超临界CO余热进行收集、存储；用电高峰时系统接入调峰透平以输出更多的电量。
夜间或者太阳光不足时，则利用蓄热器中存储的热量带动ORC循环发电。
本实用新型通过调峰透平实现机组调峰，利用蓄热器和ORC循环进行发电，增强了机组的灵活性。
申请人：华北电力大学
地址：102206 北京市昌平区朱辛庄北农路2号
国籍：CN
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基于塔式热发电系统的超临界二氧化碳布雷顿循环优化与分析
基于塔式热发电系统的超临界二氧化碳布雷顿循环优化与分析提高可再生能源的利用程度,是解决能源与环境问题行之有效的方法之一。
光热发电能配合便宜的储热系统实现在较长时间内连续发电,改善电网的稳定性,这是光伏发电所不具备的,但传统的光热发电技术的弱点是比光伏发电和风力发电等技术的发电成本高。
因此,为了提高光热发电技术在可再生能源技术中的竞争力,有必要发展更加经济高效的新型太阳能光热发电技术。
超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide,SCO<sub>2</sub>）布雷顿循环是一种可应用于光热发电系统中的发电循环。
本文对基于塔式热发电系统的SCO<sub>2</sub>布雷顿循环进行系统优化和分析。
首先,对SCO<sub>2</sub>布雷顿再压缩循环高、低温回热器的夹点问题进行了分析。
研究了在分流比变化时,夹点位置的变化规律和循环分流比对SCO<sub>2</sub>布雷顿再压缩循环性能的影响,并与简单回热循环系统性能进行对比分析。
然后,采用ORC和超临界朗肯循环分别对SCO<sub>2</sub>再压缩布雷顿循环进行余热回收利用。
研究底循环的工质种类和参数对SCO<sub>2</sub>再压缩循环回收效果的影响,并对余热回收联合循环进行优化研究。
最后,建立基于SCO<sub>2</sub>再压缩布雷顿循环的塔式光热发电系统的模型,研究了储热系统的储热温度对系统的影响并对系统进行了循环优化,然后与已有研究文献中传统朗肯循环光热系统进行了热力学对比分析。
研究结果表明:（1）随着分流比的增大,再压缩循环回热器的夹点位置先出现在低温回热器低温侧的出口,然后出现在低温回热器内部,最后出现在低温回热器低温侧的进口处;（2）在相同的热源温度下,SCO<sub>2</sub>/SRC联合循环比SCO<sub>2</sub>/ORC联合循环效率更高;（3）再压缩循环热效率不一定比简单回热循环热效率高,还与分流比有关,在分流比大于0.408时,再压缩循环的热效率比简单回热循环高;在分流比较小时,再压缩循环要比简单回热循环更适合采用余热回收循环,在分流比较大时,再压缩循环和简单回热循环采用余热回收循环的效果相差无几;（4）基于SCO<sub>2</sub>再压缩循环的光热发电系统的热效率和?效率分别为25.95%和28.42%,比传统基于朗肯循环的光热发电系统的热效率和?效率分别提升了13.37%和16.09%。
超临界co2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置
超临界co2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置摘要：一、引言1.背景介绍：超临界CO2布雷顿循环动力系统在现代工业中的应用2.轻量化设计的重要性：提高系统效率、降低成本、简化结构二、超临界CO2布雷顿循环动力系统的基本原理1.布雷顿循环概述2.超临界CO2布雷顿循环的优势三、轻量化设计方法及装置1.轻量化设计策略：优化材料选择、简化结构、采用创新设计2.轻量化装置的具体应用：紧凑型设计、高效传热结构、降低流动阻力四、轻量化设计方法的优势及应用前景1.提高系统热效率2.降低设备成本和运行维护费用3.适应不同场景和需求五、结论1.总结轻量化设计方法在超临界CO2布雷顿循环动力系统中的应用成果2.展望未来发展趋势和挑战正文：超临界CO2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置随着现代工业的快速发展，能源需求不断增长，高效、环保的能源利用技术成为研究热点。
超临界CO2布雷顿循环动力系统作为一种新型的能源利用技术，具有高效、节能、环保等优点，得到了广泛关注。
然而，传统的超临界CO2布雷顿循环动力系统存在结构复杂、重量较重、成本较高等问题，限制了其在实际应用中的普及。
为了解决这些问题，本文提出了一种轻量化设计方法及装置，旨在提高系统效率、降低成本、简化结构。
一、引言1.背景介绍随着全球能源危机的加剧，各国纷纷加大对高效、环保能源技术的研究力度。
超临界CO2布雷顿循环动力系统作为一种新型的能源利用技术，具有高效、节能、环保等优点，得到了广泛关注。
在这种背景下，研究轻量化设计方法及装置对于提高系统性能、降低成本具有重要意义。
2.轻量化设计的重要性传统的超临界CO2布雷顿循环动力系统存在结构复杂、重量较重、成本较高等问题。
轻量化设计的目的在于优化系统结构，提高材料利用效率，降低成本，简化维护。
实现轻量化设计是提高超临界CO2布雷顿循环动力系统市场竞争力的关键。
二、超临界CO2布雷顿循环动力系统的基本原理1.布雷顿循环概述布雷顿循环是一种热力学循环，主要包括加热、膨胀、冷却和压缩四个过程。
基于超临界CO2布雷顿循环的燃煤发电系统优化分析
中国工程热物理学会 学术会议论文基于超临界 CO 2 布雷顿循环的燃煤发电系 统优化分析周敬 1，凌鹏 1,2，张晨浩 1，崔晓宁 1，徐俊 1，许凯 1，苏胜 1，胡松 1，汪一 1，向军 1，*(1 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉4300742 长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙， 410114)(Tel ： 87542417-8206 ， Email ： xiangjun@ )摘 要: 本文建立超临界 CO 2燃煤发电系统全流程优化模型，在 32.5MPa/605℃ /610℃/610℃ /高参数条件下，分析不同冷却方式、再热级数以及省煤器布置方式对系统性能的影响。
结果显示：中间冷却与 二次再热在高压缩比下能有效提高 S-CO 2 布雷顿循环热力性能； 锅炉受热面压降能降低循环系统热力 学性能且对二次再热影响高于一次再热；从高温回热器入口引出部分流到省煤器能有效提升 S-CO 2 发电系统全厂效率； ；相同条件下，超临界 CO 2 发电系统全厂效率高于传统蒸汽锅炉。
关键词 超临界 CO 2布雷顿循环；燃煤发电系统；热力系统优化；全流程模型Thermodynamics optimization analysis of supercritical CO 2 coal-fired power generation system based on Supercritical C 2O Brayton CycleZhou Jing 1， Ling Peng 1,2, Zhang Chenhao 1, Cui Xiaoning 1, Xu Jun 1, Xu Kai 1, Su Sheng 1, Hu Song 1, Wang11, *Yi 1, Xiang Jun 1, *(1 State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, HuazhongUniversity of Science and Technology, Wuhan 430074, China2 School of Power and Energy Engineering, Changsha University of Science and Technology, ChangshaHunan 410114, China )Abstract: This paper establishes a Thermodynamics optimization model of supercritical CO2 coal-fired power generation system. Under the high-parameter conditions of 32.5MPa/605 °C/610 °C/610 °C/, different cooling modes, reheat stages, and economizer layouts are analyzed for system performance. The results show that the intercooling and double reheat can improve the thermal performance of the S-CO2 Brayton cycle at high compression ratios effectively; double reheat is more affected by the pressure drop at the heated surface of the boiler than the single reheat.; the case that the part flow is introduced from the inlet side of high-temperature recuperator into the economizer can utilize effectively waste heat and improve the whole plant efficiency; Under the same conditions, the whole plant efficiency of supercritical CO2 power generation system is higher than the traditional steam boiler.Key words: Supercritical CO 2 Brayton cycle; Coal-fired power generation system; Thermodynamics optimization analysis; Process analysis燃烧学编号：15xxxx0 前言提高发电机组效率、降低污染物的排放是电力行业研究的永恒主题和目标；当前，锅炉系统主要是以蒸汽朗肯循环为主流的能量转换系统，其发展受到材料和技术的限制。
超临界CO2部分冷却布雷顿循环分析
超临界CO2部分冷却布雷顿循环分析方立军;杨雪;张桂英;郭峰;孙立超【摘要】为了确定部分冷却布雷顿循环各设备节能潜力,得出应用于聚光太阳能技术(Concentrating Solar Power,CSP)的最优可能工作参数,为以后建设超临界CO2(Supercritical Carbon Dioxide:S-CO2)布雷顿循环太阳能热电站提供参考依据,使用EES(Engineering Equation Solver)对应用于CSP的具有一级再热的100 MW S-CO2部分冷却布雷顿循环进行效率和损系数分析,主要分析在不同透平入口温度,再热压力以及循环压比比对循环效率的影响,同时分析各设备损系数的大小.得出冷凝器损最大,因此后续可通过增加底循环来利用冷凝器的.最大效率的最优工作参数为透平入口温度700 ℃,再热压力为9.5 MPa,循环压比比为0.4,此时循环效率为33.73%,循环热效率为50.90%.%In order to determine the energy-saving potential of the equipments that apply to the partial cooling brayton cycle, the optimal working parameters that are applied to concentrated solar thermal power plants (CSP) are summarized which could provide some references for the solar thermal power plants of the construction of supercritical CO2(S-CO2) brayton cycle.The engineering equation solver (EES) is used to carry out the exergy analysis of a 100 MW S-CO2 partial cooling brayton cycle which is used in CSP.By analyzing the influence of the turbine inlet temperature and cycle pressure ratio on the circulating exergy efficiency and the influence of the different turbine inlet temperature on the exergy loss coefficient of each equipment, the result that the maximum exergy loss exists in condensers compared with other equipments is obtained.Therefore, by taking advantage of the usefulexergy of the condensers, the bottom cycles can be greatly bettered.When the turbine inlet temperature is 700 ℃, the reheat pressure is 9.5 MPa, and the cyclic pressure ratio is 0.4, and the circulating exergy efficiency is 33.73% and cycle thermal efficiency is 50.90%.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】6页(P43-48)【关键词】集中式太阳能热电站;超临界CO2;部分冷却布雷顿循环;效率;损系数【作者】方立军;杨雪;张桂英;郭峰;孙立超【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;国核电力规划设计研究院,北京100095;国核电力规划设计研究院,北京 100095;国核电力规划设计研究院,北京100095;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TK123太阳能聚热技术已被证实是完全可以与传统化石能源竞争的可再生能源技术。
超临界CO2在电力行业的应用及现状_曹蕾
㊀第24卷第3期洁净煤技术Vol．24㊀No．3㊀㊀2018年5月Clean Coal TechnologyMay㊀2018㊀超临界CO 2在电力行业的应用及现状曹㊀蕾,孙登科,李维成,陈㊀阳,周松锐(东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都㊀611731)摘㊀要:为实现当今国际对于提高能源利用率㊁节能减排的目标,介绍了超临界二氧化碳(sCO 2)的基本特点,描述了其在发电领域的4大应用方向(含碳原料火力发电㊁核反应堆㊁太阳能光热和余热回收),概括了sCO 2用于发电领域的现阶段研发㊁试验㊁示范状况,并总结了sCO 2用于电力行业的现有瓶颈㊁技术挑战和研究方向㊂结果表明:不同的sCO 2循环系统中都存在还未完全解决的核心问题:如sCO 2对材料的腐蚀特性㊁sCO 2系统设计和设备选型㊁高效微通道换热器的设计及制造㊁新型sCO 2透平㊁压缩机和燃机的研发㊂在材料㊁循环系统高效设计以及关键设备设计制造等瓶颈有所改善或突破后,sCO 2会在民用发电㊁军工㊁舰船等行业得到广泛应用㊂关键词:超临界CO 2;发电;布雷顿循环中图分类号:TQ53㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2018)03-0001-07Application and status of supercritical carbon dioxide in power industryCAO Lei,SUN Dengke,LI Weicheng,CHEN Yang,ZHOU Songrui(Dongfang Boiler Group Co.,Ltd.,Chengdu ㊀611731,China )Abstract :In order to realize the global goals of adjusting,optimizing the industrial structure,enhancing the energy efficiency,saving energy and reducing emission,the basic characteristics of sCO 2were overviewed.Four aspects,i.e.,electricity generation using carbonaceous ma-terial,nuclear reactor,solar power and waste heat recovery,concerning the sCO 2's application in power field were described.The current research,experiment and demonstration were summarized.The bottle -neck,technical challenge and future research aspects of developing sCO 2were proposed.Results show that all different sCO 2cycling systems have critical problems that have not been totally solved,such ascorrosion of sCO 2to materials,system design and type -choosing of sCO 2cycling system,design and manufacture of high -efficiency micro-channel circuit heat exchanger,research and development of new -type sCO 2turbine,compressor and gas turbine.The sCO 2is able to be widely used in power industry,military and ship project after improvement and breakthrough of material,design of high efficiency cycling system,fabrication of key equipment.Key words :supercritical carbon dioxide;power generation;Brayton cycle收稿日期:2017-09-29;责任编辑:张晓宁㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2018.03.001作者简介:曹㊀蕾(1982 ),女,四川自贡人,高级工程师,硕士研究生,从事新能源技术㊁煤气化设备设计的研究㊂E -mail :caolei8212@ 引用格式:曹蕾,孙登科,李维成,等.超临界CO 2在电力行业的应用及现状[J].洁净煤技术,2018,24(3):1-7,13.CAO Lei,SUN Dengke,LI Weicheng,et al.Application and status of supercritical carbon dioxide in power industry[J].Clean Coal Technology,2018,24(3):1-7,13.0㊀引㊀㊀言超临界二氧化碳(sCO 2)是CO 2的超临界状态,兼有气体㊁液体的双重特点且具有许多其他超临界流体不具备的性质,在传统的萃取㊁材料清洗㊁涂料㊁染料行业等已有应用㊂利用超临界二氧化碳(sCO 2)循环发电的概念和可行性研究始于20世纪60年代[1],但由于研究条件㊁设备设计制造技术的限制,发展较缓慢㊂2004年Dostal 等[2]率先报道了将sCO 2用于新一代核反应堆的研究,开启了将sCO 2用作发电介质的技术和使用sCO 2系统相应设备的研究热潮[3]㊂从sCO 2的特性来看㊁因其临界点相比水的临界点非常容易达到,且有很多优于超临界水的特性,具备替代现有12018年第3期洁净煤技术第24卷水工质作为能量吸收和转化工质的潜力㊂因此, sCO2对于提高能源利用效率㊁降低碳捕捉成本意义重大,已跻身成为燃煤发电前沿技术之一[4]㊂中国进入 十三五 时期后,电力行业也开始深入产业结构的优化调整和转型升级,要建设清洁低碳㊁安全高效的现代能源体系㊂采用sCO2的布雷顿(Brayton)循环发电具有更高的发电效率,其发电系统的压缩机㊁透平等机构紧凑㊁体积较小,可减小系统投资,也特别适合于核动力㊁舰船[5]等空间有限的场合㊂此外,sCO2的物性特点也决定了其在余热回收[6]方面具有广阔的应用前景㊂本文介绍了sCO2的特性,归纳其在电力行业的应用和研究进展,然后对发展sCO2循环发电存在的共性问题进行总结,并对sCO2用于发电的前景进行展望㊂1㊀sCO2特性当CO2的温度超过31．1ħ㊁压力超过7．38MPa时,即进入sCO2状态㊂sCO2流体性质介于气体和液体之间,兼有气体㊁液体的双重特点且流体黏度低㊁接近气体,流动性强㊁易于扩散,密度大㊁接近液体,传热效率高㊁作功能力强,价格低㊁易得到,非易燃易爆㊁无毒[7]㊂2㊀sCO2在电力行业的应用sCO2发电属 热机 原理,其循环通常使用逼近理论最优的概括性卡诺循环 布雷顿(Brayton)循环,即以sCO2作循环工质,推动透平做功,将热源的热量转化为机械能,循环过程中sCO2无相变㊂热源可来自化学燃料燃烧㊁太阳能㊁核反应堆㊁工业废热㊁地热能等㊂采用sCO2布雷顿循环作为热量吸收和能量转化系统,具有如下优点:①热稳定性和物理性质良好㊂sCO2在临界点附近密度较大,可减小压缩功,在循环最高温度为500~700ħ时即可达到较高的循环热效率,温度高于500ħ后,其循环效率比蒸汽朗肯循环高3%~5%㊂②sCO2的高流体密度㊂可减小透平㊁压缩机等关键设备的尺寸,降低设备造价㊂以发电透平的尺寸为例,在相同发电能力条件下,CO2㊁He㊁水蒸气3种工质所需的透平尺寸比为1ʒ6ʒ30㊂③sCO2的工作温度和工作压力相对较低㊁更易达到㊂目前的超超临界火电机组水蒸气的工作参数为550~700ħ㊁27~35MPa,而sCO2的工作温度㊁压力只需500~700ħ㊁20MPa[8]㊂sCO2的布雷顿循环过程如图1所示,sCO2的压力和体积的变化按图中点1 2 3 4 1顺序循环㊂sCO2经过压缩机升压(1 2);然后利用换热器将sCO2等压加热(2 3);sCO2被加热后进入透平,推动透平转子做功(3 4);做功后sCO2进入冷却器,恢复到初始状态(4 1),再进入压缩机形成闭式循环㊂在高于400ħ时,sCO2发电效率已具有明显的优势,且随温度升高效率也显著提高,当温度达550ħ时,发电效率可达45%[9]㊂图1㊀基本布雷顿循环PV图Fig．1㊀PV diagram of basic Brayton cycle典型的sCO2发电循环流程如图2所示㊂系统主要包括压缩机㊁高速透平㊁回热器/换热器㊁冷却器等设备㊂应用中,常加入中间冷却㊁分流㊁再压缩或多级压缩中间冷却等热力过程以提高循环效率㊂图2㊀sCO2循环发电系统示意Fig．2㊀Sketch of sCO2cycle power generation 2．1㊀火力发电sCO2用于火力发电即是替代传统锅炉中的水蒸汽介质㊂此时,图2中的热源即为含碳原料燃烧放出的热量㊂sCO2循环无相变,压缩过程中消耗能量小,只占透平输出功的30%㊂常规He循环约占45%,燃气轮机则更高,占50%~60%㊂2．2㊀核能发电sCO2用核能发电时,若采用直接循环,则图22曹㊀蕾等:超临界CO2在电力行业的应用及现状2018年第3期中的热源为核反应堆堆芯;若采用间接循环,则图2中热源则为核岛中的蒸汽发生器㊂sCO2布雷顿循环用于核能发电除了具有效率高㊁设备体积小等优势,在安全性上较蒸汽系统有极大改善,因此sCO2布雷顿循环成为第4代核电的备选方案之一[10]㊂2．3㊀太阳能发电综合sCO2布雷顿循环效率和现有材料的服役温度,500~700ħ的运行温度最合适,而这正是太阳能光热发电的聚光器和吸热器可实现的温度㊂因此,近年来,不少学者开展了将sCO2循环应用于聚光型太阳能光热发电系统的研究[3,11-17]㊂在太阳能光热发电中,图2热源为经吸热器加热后的熔盐等介质㊂2．4㊀余热回收尽管各类工业废热属于低品位能源,但其储藏量巨大,分布广,即便是小部分得以利用,也很可观[18]㊂利用工业废热作为图2中的热源,搭配使用高效的微通道换热器(如印刷电路板式换热器(PCHE)[19-20])可使sCO2回收更多余热㊂3㊀sCO2在电力行业的应用研究进展近十年来,美国㊁英国㊁法国㊁中国㊁日本㊁韩国等均开展了sCO2用于发电的研究并形成了相关专利,部分国家已经开展了样机制造和试验㊂研究内容主要集中在sCO2循环系统的优化设计㊁主要设备设计和制造㊁材料选取以及sCO2的性质及腐蚀性研究等㊂3．1㊀美国美国的sCO2研究起步较早,研究较深入,中试装置正在建设中,具体见表1㊂3．2㊀中国中国华能集团㊁中国科学院㊁中核集团核动力研究院等单位开展了sCO2布雷顿循环系统及系统试验㊂其他企业㊁高校对sCO2的应用研究大部分集中在关键设备的设计㊁试验和传热理论研究㊂表1㊀美国开展sCO2循环系统的系统设计的公司和进展Table1㊀Companies that are developing sCO2cycle system design and their progress 单位名称研究方向及进展NREL㊁Abengoa Solar㊁Echogen Power㊁Sandia国家实验室㊁UW-Madison㊁Barber-Nichols㊁EPRI 组成的团队世界上第1个兆瓦级的商用sCO2发电机组EPS100建于美国纽约,发电输出功率8MW,采用双轴带回热的闭式布雷顿循环系统㊂研究项目管理㊁sCO2循环模拟㊁将sCO2加入太阳能光热系统㊁涡轮机和测试回路设计㊁压缩机和透平的制造㊁场地及系统安装和运行㊁材料腐蚀评估等方面,用以设计㊁制造和验证在700ħ和干燥冷却条件下的10MWe 超临界CO2循环发电[21-22]Bechtel Marine Propulsion Corporation(BMPC)搭建了100kW级的sCO2发电试验系统,该系统是一种双轴带回热的闭式布雷顿循环系统,由一台可变速涡轮机驱动压气机,另一台恒速涡轮机带动电动机㊂该系统验证了方案的可行性,但由于是缩比系统,总效率并不高Echogen 针对余热发电研制出了sCO2发电系统㊂该系统可以通过阀门的调节满足不同余热温度的运行条件,并且保证余热发电效率达到30%㊂该系统可用于舰船发动机余热发电系统,将柴油机排出的中㊁高温烟气的热量加以利用,降低了能量的浪费,同时,还可用于燃气轮机联合循环发电,用sCO2取代传统的蒸汽循环MIT提出了再压缩sCO2冷却核反应堆的总体方案并进行了热动力设计,反应堆额定热功率为2400MW,涡轮机入口温度和压力分别为647ħ和20MPa,系统热效率为51%,净效率为47%[23]诺尔斯原子能实验室与贝蒂斯实验室(隶属美国海军堆项目组)探索sCO2布雷顿循环技术在船舶动力系统领域的应用㊂2010年,已建成一座100kW 电功率的整体试验系统,1000~3000kW电功率的sCO2试验的前期工作也在进行中8Rivers 从2010年开始致力于sCO2循环的系统设置㊁优化以及试验研究㊂天然气的Allam循环是将燃烧产生的CO2回注到燃机室继续参与天然气的燃烧作功,达到控制燃机室温度和在乏气中便于收集纯CO2㊁降低CO2捕集成本的目的,属于对sCO2直接加热的利用方式[24-25]㊂此循环由8Rivers公司下属NET电力公司㊁埃克斯龙电力公司和西比埃(CB&I)公司联合研发运行㊂目前3家公司正在德克萨斯建设50MWth的燃用天然气㊁sCO2作循环介质的示范电厂,投运后还将示范Allam循环的全套可操作性[26]㊂NET公司还同日本东芝和英国Heatric公司合作,前者负责研发和提供新型sCO2燃机和透平,后者负责设计和制造PCHE㊂300MWe的Allam循环天然气发电商业电厂正在设计阶段,预计2020年投入运营32018年第3期洁净煤技术第24卷㊀㊀总的说来,中国对于sCO2发电应用的开发整体相对滞后,研究方向和美国类似,主要集中在如下6方面㊂3．2．1㊀sCO2的循环系统开发和效率赵新宝等[27]对sCO2布雷顿循环的特征以及使用sCO2作为电站冷却和能量转化系统的优点进行了分析㊂张一帆等[28-29]建立了含分流再压缩和一次再热的sCO2布雷顿循环火力发电模型,分析了主压缩机进出口压力㊁透平入口温度等关键参数对循环效率的影响㊂西安热工院目前已经完成5MW化石能源试验系统的设计,拟于2018年在陕西阎良建成5MW sCO2发电试验平台㊂中国华能集团远期目标是10年后建成使用sCO2作循环工质的300MW燃煤示范电站㊂郭嘉琪等[30]选取分流㊁预压缩再热㊁改进再压缩sCO2布雷顿循环为研究对象,分析探讨了关键运行参数的选取对循环特性的影响㊂梁墩煌等[10]对核反应堆系统中以sCO2为工质的热力循环过程进行了建模与分析,结果表明:在不同的应用场合下,sCO2布雷顿循环与不同的反应堆结合可以表现出不同的特性,sCO2最适合在气冷快堆与液态金属快堆(钠冷快堆和铅冷快堆)中使用,具有热效率和铀资源利用率高等优势㊂方立军等[31]对100MW聚光太阳能系统部分冷却的布雷顿循环系统分析了不同透平入口温度对再热压力和循环压比对循环火用效率的影响,得出后续可增加底循环来利用冷凝器的火用的结论㊂丁涛等[32]对CO2的跨临界朗肯循环进行了热力学模型的计算,考察了过热度对等熵效率的影响㊁回热器逆流换热效能对热效率的影响以及循环过热度对热效率的影响㊂黄潇立等[33]建模开展了sCO2布雷顿循环热力学特性分析和评价,并与再压缩循环进行定量比较得出了各自的适用对象㊂3．2．2㊀sCO2传热效率黄彦平等[34]对加热工况下圆管内sCO2传热关系式进行了分类整理,分析发现现有的经验关系式多是根据有限的试验结果拟合得到,适用范围有限㊂黄彦平团队研究的内容主要有PCHE流道设计和压降计算方法㊂王淑香等[35]对sCO2在螺旋管内的混合对流换热进行试验,得出了Nu的试验关联式㊂另外,核动力研究院㊁郑州大学等单位对竖直圆管[36]㊁双D形流道[37]㊁三叶管[38]㊁内螺纹管[39]㊁细管[40]㊁倾斜管[41]内的sCO2换热特性进行了模拟分析和计算㊂3．2．3㊀基于sCO2的光热发电江苏金通灵流体机械公司与中国科学院工程热物理研究所于2015年9月签署了技术咨询协议,拟共同开发面向太阳能光热发电的sCO2布雷顿循环发电系统,实现10MW级发电系统㊁太阳能聚光及储能单元的系统集成与联调[7]㊂吴毅等[42]对采用不同类型的蒸汽动力循环和sCO2循环为动力子系统的5种塔式太阳能集热发电系统进行了模型分析对比,发现相同条件下不同的sCO2循环均比蒸汽动力循环具有更高的热效率和相应的火用效率,其中基于跨临界CO2循环(sCO2-TCO2)的塔式太阳能电站热效率最高,可达46．63%㊂3．2．4㊀高效换热设备、透平的开发褚雯霄等[43]模拟和试验验证了不同肋结构(即微通道结构)对PCHE传热的影响㊂潘利生等[44]研究了温度对CO2发电效率的影响,同时还开展了换热器的设计与优化㊁高速透平的设计及发电系统的集成㊂3．2．5㊀sCO2物性分析sCO2物性参数虽可以通过NIST(美国国家标准与技术研究院)公开的REFPROP热力学数据库查询,但CO2在超临界点附近的实际物性准确性尚待试验验证㊂杨俊兰等[45]对sCO2流体的性质进行了深入研究㊂结果表明,CO2的比热㊁密度㊁导热系数以及黏度在准临界点附近的变化非常剧烈㊂3．2．6㊀sCO2发电机组的选材不同钢材在sCO2的环境中也会发生不同程度的增重(即产生氧化膜㊁渗碳腐蚀),赵新宝等[8,27]介绍了目前电站常用的铁素体和奥氏体耐热钢㊁镍基高温合金在sCO2中的腐蚀情况㊂3．3㊀法国法国电力公司(EDF)从事了约8年的sCO2基础研究和系统设计,开展了适合sCO2的材料研究㊁聚光太阳能发电(CSP)动态模拟㊁sCO2换热系统设计;PCHE初步设计完成㊂在2013年提出二次再热燃煤sCO2循环系统概念设计,计算效率达50%[46]㊂3．4㊀日本日本东京工业大学完成了用于核反应堆的sCO2循环系统设计㊂该设计中采用了多级压缩中间冷却技术,额定功率为600MW,透平入口温度为4曹㊀蕾等:超临界CO2在电力行业的应用及现状2018年第3期647ħ,反应堆出口运行压力约为7MPa,系统效率为45．8%;该大学还完成了用于太阳能发电的sCO2循环系统设计,系统效率高达48．2%[47-50]㊂东芝公司于2013年提出日本专利和世界专利,提出了一种使用sCO2循环的发电系统[51]㊂系统结合了富氧燃烧的燃机和sCO2循环发电技术,燃机内送入高压的纯氧和循环的CO2,燃烧得到的尾气(较纯的CO2)直接送入CO2透平进行发电,乏气通过冷却器冷却后,分离出CO2和水,再将CO2送入前述加压器再次加压㊂这一理念同美国8Rivers公司的Allam循环类似㊂3．5㊀韩国韩国原子能研究院分析了sCO2循环与钠冷快中子堆结合的可行性,并计划进一步开展PCHE热工水动力性能的试验研究[52-53]㊂推出了示范快堆电站KALIMER-600,与美国阿贡国家实验室设计的电站相比,省去了中间回路,sCO2和堆芯出来的高温钠直接换热,减少了设备㊂4㊀结语及建议sCO2在电力行业的应用研究主要集中在太阳能光热系统㊁核电系统以及用sCO2替代传统燃煤锅炉的水工质进入透平发电的方式㊂不同的sCO2循环系统中都存在如下还未完全解决的核心问题: 1)sCO2的物性和高温下对材料的腐蚀特性㊂sCO2物性参数虽可以通过NIST公开的REFPROP 热力学数据库查询,但CO2在超临界点附近的实际物性准确性尚待试验验证;sCO2对材料的腐蚀特点也需进一步试验验证㊂2)使用sCO2的系统设计和设备选型㊂适用于光热发电系统㊁核电系统及燃煤燃气系统的sCO2循环系统配置和设备选型各有特点,有的适合增加回热段㊁有的适合增加二次再热,具体的系统设置需要根据不同的使用环境进行准确的模拟㊁试验验证及对比计算,筛选出最优工况,才能提高发电效率㊂3)PCHE的设计及制造㊂目前成熟商业化的PCHE设计制造方只有英国Heatric公司,另有瑞典的Alfa Laval公司宣称能用爆炸法成形微通道换热板㊂为降低sCO2循环系统总投资,国内需开发具有自主知识产权的PCHE产品㊂4)新型sCO2透平的研发㊂由于sCO2流体性质特殊性,使得透平体积能缩小至蒸汽朗肯循环透平的1/30,日本东芝公司已在开发新型高转速的透平,我国也需加快开发速度㊂5)新型sCO2压缩机的研发㊂采用超临界流体作为核反应堆冷却剂,利用超临界流体拟临界区物性突变现象,将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区,将反应堆运行点设置在拟临界温度之后的低密度区,可以在保证气体冷却的前提下,降低压缩功耗,实现气冷堆在中等堆芯出口温度下达到较高效率的目标[54]㊂因此,如核电工况下的压缩机要使用在CO2的跨临界区,由于密度波动很大,需开发合适的sCO2压缩机㊂6)sCO2燃机的研发㊂如果将sCO2用于类似Allam循环的工况,即是将CO2回注到煤㊁生物质㊁燃气燃烧系统中参与直燃发电,则对应的燃机设计也会更改,需要新设计㊁验证和制造㊂综上,sCO2在电力行业应用的技术挑战主要集中在设备材料耐蚀性㊁循环系统高效布置以及高效传热㊁高效循环的新型设备研发三大方面㊂国外在这些方面的研发正如火如荼进行,国内研发也已大面积起步,相信未来会有越来越多的sCO2发电循环示范工程㊂总的说来,随着世界环境对能源的清洁高效利用要求越来越高,sCO2用作循环如布雷顿循环介质,可替代水或蒸汽,解决到达超临界点需要的温度压力高的问题;替代原有工质如He㊁N2等,解决压缩功耗过大的问题;同时也能缩小关键设备尺寸㊁减少空间和设备材料投入;通过合理的系统布置,如Allam循环的类似方式,还能将CO2富集㊁便于捕捉㊂因此,sCO2凭借其独特的物性优势,在电力行业的应用有广阔空间,在上述材料㊁循环系统高效设计以及关键设备设计制造等瓶颈有所改善或突破后,必定会在民用发电㊁军工㊁舰船等行业大有作为㊂参考文献(References):[1]㊀FRANCESCO Crespi,GIACOMO Gavagnin,DAVID Sánchez,etal.Supercritical carbon dioxide cycles for power generation:A re-view[J].Applied Energy,2017,195:152-183.[2]㊀DOSTAL V,DRISCOLL M 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基于塔式光热的S-CO_(2)布雷顿循环关键参数优化
基于塔式光热的S-CO_(2)布雷顿循环关键参数优化
沈涵孜;冯静;聂会建;彭红文
【期刊名称】《能源与节能》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环在光热发电领域具有良好的应用前景,优化参数是进一步提高系统循环效率的重要措施。
采用THERMOFLEX软件建立了10 MW级基于塔式光热的S-CO_(2)布雷顿循环发电系统模型,通过模拟计算分析了诸多系统参数对循环效率的影响。
结果表明,S-CO_(2)透平入口温度、分流比和主压缩机入口温度均对系统循环效率有显著影响,循环效率随透平入口温度增加而提高,随压缩机入口温度升高而下降,随分流比的增加先增大再减小,不同透平入口温度、压缩机出口压力下最佳分流比也不同。
另外,系统循环效率随透平入口压力的提高先增大后减小,即存在使循环效率最高的最佳透平入口压力。
【总页数】5页(P7-11)
【作者】沈涵孜;冯静;聂会建;彭红文
【作者单位】中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK224
【相关文献】
1.超临界二氧化碳布雷顿循环塔式光热系统及光伏-光热混合系统运行性能分析
2.再压缩S-CO_(2)塔式光热发电系统模拟及参数优化
3.热源变化影响下S-CO_(2)布
雷顿循环动态分析4.回热型S-CO_(2)布雷顿循环的[火用]效率分析与优化5.S-CO_(2)布雷顿循环转化效率分析
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集成超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置的船舶电力系统暂态稳定性分析
集成超临界二氧化碳布雷顿循环发电装置的船舶电力系统暂态稳定性分析作者：孙玉伟吴健刘勇袁成清汤旭晶来源：《上海海事大学学报》2022年第01期摘要：针对在船舶电站中集成超临界二氧化碳布雷顿循环（supercritical CO2 Brayton cycle， S-CO2 BC）发电装置导致的船舶电力系统暂态稳定性不明确问题，采用整体等效建模方法构建以某一容量为9 400 TEU的集装箱船为原型的中压电力系统仿真模型。
通过以负荷静态特性为基础的频率约束法确定S-CO2 BC发电装置的渗透率理论限值，研究不同渗透率等级下发生三相短路故障和负荷突变时发电机组输出功率、相对功角、母线电压和电网频率等特征参数的变化规律，分析渗透率因素与电网发生电压失稳或功角失稳的内在关系。
研究结果表明：S-CO2 BC发电装置并网会降低船舶电力系统暂态稳定性，当渗透率小于理论限值20.26%时，相对功角和母线电压最大瞬时偏差范围分别为1.37%～2.68%和1.23%～1.85%;当渗透率越限后，电网将发生功角或电压失稳。
关键词：船舶工程; 热能发电技术; 超临界二氧化碳; 船舶电力系统; 渗透率; 暂态稳定性中图分类号： U665.12文献标志码： AAnalysis on transient stability of ship power system with integratedsupercritical CO2 Brayton cycle power generation deviceSUN Yuweia，b，c， WU Jiana， LIU Yonga， YUAN Chengqinga，b，c， TANG Xujinga，b，c*（a.School of Energy and Power Engineering; b.National Engineering Research Center for Water Transportation Safety;c.Key Laboratory of Marine Power Engineering & Technology of Ministry of Transport，Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China）Abstract：The integration of supercritical CO2 Brayton cycle （S-CO2 BC） power generation device in a ship power station leads to unclear transient stability of the ship power system. To solve the problem， the overall equivalent modeling method is used to construct a medium-voltage power system simulation model based on a container ship with a capacity of 9 400 TEU. The frequency constraint method based on the static characteristics of the load is used to determine the theoretical limit of the penetration of the S-CO2 BC power generation device， and the variation rules of characteristic parameters such as the generator output power， relative power angle， bus voltage and power grid frequency are studied when the three-phase short circuit fault and load sudden change occur under different penetration levels. The internal relationship between the penetration factor and the voltage instability or power angle instability of the power grid is analyzed. The research results show that the integration of S-CO2 BC power generation device can reduce the transient stability of the system; when the penetration is less than the theoretical limit 20.26%， the maximum instantaneous deviation ranges of relative power angle and bus voltage are 1.37% to 2.68% and 1.23% to 1.85%， respectively; when the penetration exceeds the theoretical limit， the power angle instability or voltage instability of the power grid will occur.Key words：ship engineering; thermal power generation technology; supercritical CO2; ship power system; penetration; transient stability0 引言随着《船舶能效设计指数验证指南（2012）》和《绿色生态船舶规范（2020）》的发布，有效降低船舶能耗、减少污染排放已经成为航运业亟待解决的关键问题[1-3]。
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第 ５Ｏ卷 第 ５期 ２０１６年 ５月
西 安 交 通 大 学 学 报
ＪＯＵ ＲＮ ＡＬ ＯＦ ＸＩ’ＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮ Ｇ Ｕ ＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．５Ｏ ＮＯ．５ Ｍ ａｙ ２Ｏ１６
ＤＯＩ： １０．７６５２／ｘｊｔｕｘｂ２０１６０５０１６
基 于超 临界 ＣＯ２布 雷 顿循 环 的 塔 式 太 阳 能 集 热 发 电 系统
吴毅 ，王佳 莹 ，王 明坤 ，戴 义平
（西 安 交９，西 安 ）
摘 要 ：为 了提 高太 阳能热 发 电 系统 的性 能 ，建 立 了以熔 融 盐为 传 热介 质 、再 压缩 式超 临界 ＣＯ 布 雷顿（ＳＣＯ ）循环 为动 力循 环 的塔 式 太 阳能 集 热发 电 系统 的 炯分 析 模 型 ，分析 了定 日镜 、腔 式 吸 热 器 、再 压 缩 式 ＳＣＯ２发 电 系 统 ３个 子 系 统 的 性 能 ，并 研 究 了 太 阳 辐 射 强 度 和 采 用 不 同 底 循 环 的 ＳＣＯｚ发 电 系统 对 整 个 电 站 性 能 的 影 响 ，最后 对 采 用 不 同 类 型 的 蒸 汽 动 力 循 环 和 ＳＣＯ２循 环 为 动 力 子 系 统 的 ５种 塔 式 太 阳 能 集 热 发 电 系统 进 行 了对 比 。 结 果 显 示 ：吸 热 器 的 能 量 损 失 率 最 小 ，但 炯损 失率 最 大 ；随 着太 阳辐射 强度 增 大 ，吸 热 器和整 个 电站 的 热效 率 和 炯效率 均 增 大 ；采 用有 机 朗肯 循 环和 跨 临 ＣＯ （ＴＣＯ ）循 环作 为底 循 环 对 ＳＣＯ 发 电 系统 进 行 余 热 回收 ，可提 高整 个 电 站 的 热 效 率 ，并且 ＳＣＯ。一ＴＣＯ 循 环具 有更 高的热 效率 ；相 同条件 下 ，不 同的 ＳＣＯ。循环 均 比蒸 汽动 力循 环 具 有 更 高的热 效率 和炯效 率 ，其 中基 于 ＳＣＯ２－ＴＣＯ 的塔 式 太阳能 电站 热效 率 最高 。 关 键 词 ：超 临 界 ＣＯ 布 雷 顿 循 环 ；太 阳 能 热 发 电 ；吸 热 器 ；底 循 环 ；余 热 利 用 中 图 分 类 号 ：ＴＫ５１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０２５３—９８７Ｘ（２Ｏ１６）０５—０１０８—０６
Ａ Ｔｏｗｅｒｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｂａｓｅ ｄ ｏｎ Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ Ｂｒａｙｔｏｎ Ｃｙｃｌｅ
Ｗ Ｕ Ｙｉ。 Ｗ ＡＮＧ Ｊｉａｙｉｎｇ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｍ ｉｎｇｋｕｎ， ＤＡＩ Ｙｉｐｉｎｇ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｕｒｂｏｍ ａｃｈｉｎｅｒｙ， Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）