隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭,以風能、太陽能為代表的可再生能源的重要性日益突出。而在對新能源進行開發(fā)利用的過程中,其自身的不穩(wěn)定性成為能源利用的主要障礙。儲能系統(tǒng)是解決上述問題的一種有效方法t(8)出口氣體溫度為:其中,m為膨脹比,為透平機的等撕效率。
8)冷用戶假設空氣溫度由進口溫度Tfi升至出口溫度乃,出口溫度假定為環(huán)境溫度,則該過程供給給冷用戶的冷董為由于X和Y均為變量,若返還給空氣的熱量較多,經膨脹后空氣溫度可能篼于溫度TV,此時系統(tǒng)無制冷董。故需判定系統(tǒng)有冷董輸出時Y的最大值。
根據7V=幾,當透平機的出口溫度=乃時,系統(tǒng)恰無制冷能力。假設透平機出口溫度T6,n,ax=T,根據膨脹比7Tt,可得允許的最高溫度75,為:離開的擁為:壓氣機部分的擁損失為:2)換熱器1進入換熱器1的擁由空氣提供,離開的擁由水帶走,則進入換熱器1的擁為:4)熱用戶由于儲熱器中熱董分配與水的質量有關,故擁的分配也與水的質董有關。以環(huán)境溫度作為衡M指標,熱用戶得到的擁為:根據熱量守恒,在換熱器2處有當Ymax確定,便可確定系統(tǒng)的供冷情況。
由于系統(tǒng)的能量消耗僅為壓氣機的耗功,故將壓氣機部分的耗功作為衡量標準,定義功效率、熱效率和冷效率如下:三者之和定義為能量利用系數:5)儲氣室對于儲氣室,僅需要考慮其進氣溫度與出氣溫度,且壓力不變,故擁損失為:6)換熱器2進入換熱器2的擁由熱水提供,離開的擁由空氣帶走。故進入換熱器2的擁為:離開的擁為:則換熱器2的擁損失為:1.2擁效率該部分涉及到的主要部件與1.1節(jié)相同。
1)壓氣機進入壓氣機的擁為輸入功,離開壓氣機的擁由空氣帶走。則進入的擁為:7)透平機進入透平機的煳由空氣帶入:離開的擁即輸出功:(28)則透平的擁損失為:tpinrriout.Lx,f,8)冷用戶以環(huán)境溫度作為衡M標準,則冷量煙為:從擁的角度定義系統(tǒng)的功、熱和冷效率如下:三者之和定義為總煳效率:根據公式推導結果,給定具體參數值,如表1所示。
表1參數及取值數值l比Tiv5膨脹比TO5換熱器1能效O0.8換熱器2能效0.8壓氣機等熵效率0.9透平機等熵效率川0.9空氣質M1空氣比定壓熱容cp/.kg-1.K1000水的比熱容fWig-lPT14200空氣的比熱容比71.4環(huán)境溫度7b/K293環(huán)境壓力Po/Pa100000根據表1中的參數,首先確定x和y的變化范圍。根據式(11)和式(12),可以得到Kmax二1.196,對應的即、儲熱器返還給空氣的熱董為存儲熱攝的l.U)倍時,才會川現系統(tǒng)無制冷M的情況,再結合(KK<1,故系統(tǒng)始終有制冷能力。
同理可知,X的變化范圍滿足(K久CU2.1系統(tǒng)效率分析在上述限制條件下,根據能抽效率相關的參數公式,得到和。
由可知,隨著熱用戶用熱童的增加,透平輸出功由于進氣溫度降低而減少,同時由于透平出氣溫度下降,系統(tǒng)制冷量增加。根據,功冷熱的效率變化曲線與數值變化曲線一致,能量利用系數單調增加,即從輸出能坐的總M上考慮,X=1時,功冷熱的能饋輸出之和最大。需要說明的是,由r在評價能域效率時僅從撾的角度去衡埴,沒有考慮功冷熱品位的不等價性,故能餓利用系數存在大r1的情況。
4從擁的角度分析時,根據擁效率的參數表達式,可以得到參數的變化趨勢如和所示。
由可知,由r功v擁等價,功對應的擁值v圖‘2中相同,同理擁效率變化也相同;隨著熱用戶用熱M的增加,系統(tǒng)冷址擁增加,且x較小時,冷擁的增量較小,而4x較大時,冷tt煳的增tf:較大。根據,功冷熱的擁效率趨勢與能M效率變化趨勢相同,總擁效率則先降低后增加,最大值為77.7%,出現在X=1時,最小值約為72.2%,出現在X 0.2處。最大值與最小值相差約5.5%,這說明在X<0.2時,隨著X增加,功效率減小量多于熱和冷兩者效率增加量之和,而隨著X的繼續(xù)增加,冷量擁出現了明顯的增加,總擁效率升高??偟膩砜?,當從擁角度分析系統(tǒng)的能量變化時,系統(tǒng)的功輸出為能量輸出的主體,熱與冷所占比例較小,且比功低一個數量級。
對比能童利用系數與總擁效率的變化趨勢,可以發(fā)現兩者的變化規(guī)律存在不同,這也是因為兩開對能量分析的角度有差異。能童利用系數隨X的增加而單調增加,故X越大,系統(tǒng)輸出的能董總童越多,同時,系統(tǒng)在進行冷熱電聯供時,應避開總擁效率最低的狀態(tài)以減小擁損失。當X=1時,能董利用系數最大,此時系統(tǒng)的擁效率也最大。
2.2系統(tǒng)橫型比較如前所述,系統(tǒng)的功輸出模型僅從出功最大化的角度評價系統(tǒng)效率,不考慮儲熱器中熱童利用和透平出口氣體的狀態(tài),故功輸出模型對應于;C=0的狀態(tài)點,且系統(tǒng)的功效率與能童利用系數、擁效率相同。而系統(tǒng)的冷熱電聯產模型則綜合考慮功冷熱的輸出情況,且隨X的變化,系統(tǒng)的輸出特性不同。
根據表2中數據可以看出,對于系統(tǒng)的功輸出模型,由于功與擁等價,其能量利用系數與擁效率相等,均為72.4%,而對于冷熱電聯產模型,當X=0時,由T系統(tǒng)有一定的冷董輸出,系統(tǒng)的能量利用系數升高,為80.8%,而由于冷擁效率較小,僅為0.2%,故系統(tǒng)的總擁效率為72.6%.當對比效率的最值可以發(fā)現,對冷熱電聯產模型,當不考慮能M品位差異時,能董利用系數由80.8%升至182.3%,能董輸出的總量均大于功輸出模型,最低為1.1倍,最高為2.5倍;而從擁效率角度考慮時,功輸出模型的擁效率值比冷熱電聯產模型的最小擁效率高0.2%,比最大擁效率低5.3%,而在久=0時,冷熱電聯產模型的擁效率略高于功輸出模型。
因此,從能貴輸出總董的角度看,AA-CAES系統(tǒng)冷熱電聯產模型的能M輸出總童始終大于功輸出模型;而從擁角度考慮時,功輸出模型的輸出擁略小于同條件下的冷熱電聯產模型,且其擁效率處于冷熱電聯產模型擁效率的最大值與最小值之間。
表2 AA-CAES系統(tǒng)不同模型的效串比較模型參數效率值A取值功輸出模塑能量利用系數擁效率能量利用系數擁效率冷熱電聯產模型最小能量利用系數最小擁效率最大能M利用系數最大擁效率2.3裝置的傭損失分析系統(tǒng)擁損失集中在壓氣機、透平機、儲氣室、換熱器1和換熱器2五個部件,根據參數公式可得五部件的煙損失隨X的變化趨勢,如所示。
由圖(;可以看出,除換熱器2之外,其余部件的擁損失都與X的變化無關。換熱器2處的擁損失隨著熱用戶用熱M的增加先增大,再減?。黄溆嗖考膿頁p失為定值。這是因為對于透平機,其擁損失僅與膨脹比有關,與進口空氣的溫度無關,故其損失不受X變化的影響;對T-換熱器1和壓氣機,參數均與X無關,故擁損失不變;儲氣室的擁損失與儲氣室進出口氣體溫度有關,當換熱器1能效較高時,溫差較小,故擁損失值較小,且與X無關。換熱器2的擁損失則與輸入和輸出擁的變化有關。
熱用戶的用熱量所占比例隨X變化,裝置擁損失的變化部件的擁損失占總擁損失的比例情況,如表3所示。壓氣機、透平機及換熱器1的擁損失之和約占系統(tǒng)總擁報失的81)%,且透平機的擁損失最大,最高可達40%;儲氣室由f進出U溫差的原因存在擁損失,但所占比例較小;換熱器2的擁損失波動性較大。
表3隨X變化,不同部件的損失所占比例系統(tǒng)部件壓氣機透平機換熱器1換熱器2儲氣室綜上所述,從擁損失的角度考慮系統(tǒng),'1x=i時,五部件的擁損失之和最小,此時系統(tǒng)的總擁效率最大;當X0.2時,五部分的擁損失之和最大,此時系統(tǒng)的總擁效率最小。
3總結1)提出了AA-CAES技術應用于冷熱電聯產的系統(tǒng)模型,并從熱力學角度對該模型的能量輸出特性進行了分析,得到了系統(tǒng)輸出冷熱電的變化規(guī)律;通過對系統(tǒng)儲熱器中的熱董利用進行控制,得到了冷熱電的輸出比重與熱董利用之間的關聯性。
分析了AA-CAES系統(tǒng)的冷熱電聯產模型4功輸出模型的能童輸出特性,并對兩者進行了對比。
對r本文采用的模型,前者的能量輸出總M始終大r-后者,最低約為l.i倍,最高約為2.5倍;且前者的輸出擁多r同條件下的后,其最大擁效率比后者高5.3%.因此,在能域輸入相同的條件下,AA-CAES冷熱電聯產系統(tǒng)有更多的能域輸出,其能埴效率和擁效率更高。
揭示了AA-CAES冷熱電聯產系統(tǒng)部件的擁損失V系統(tǒng)效率的關聯性。其中,透T機、換熱器及壓氣機部分的擁損失最高約占系統(tǒng)總擁擬失的!)5%,為系統(tǒng)傭損失的主要部分;透T前端換熱器的擁擬失對系統(tǒng)供熱試的變化最敏感,波動性最大。