国产精品视频一区二区三区无码,国产午夜精品无码,午夜天堂一区人妻,无遮挡色视频免费观看,中文字幕久热精品视频在线

摘要：由于化石能源(yuan)的消(xiao)耗以及環(huan)境的惡化，各國(guo)都開始尋(xun)找(zhao)新(xin)型發(fa)電(dian)(dian)技術。SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)身(shen)為新(xin)興的技術，具有臨界(jie)參(can)數(shu)易達到(dao)、體(ti)積小、重量輕、循(xun)環(huan)效(xiao)率高等優(you)點。將(jiang)布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)工質進行(xing)(xing)比(bi)較，得到(dao)SCO2是最適(shi)(shi)合布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)的。之(zhi)后將(jiang)SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)與(yu)朗肯(ken)循(xun)環(huan)進行(xing)(xing)比(bi)較，得到(dao)SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)與(yu)光熱發(fa)電(dian)(dian)相結(jie)合的效(xiao)率更高。基于光熱發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統，對(dui)SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)結(jie)構進行(xing)(xing)了(le)分析比(bi)較，得到(dao)再(zai)壓(ya)縮(suo)循(xun)環(huan)既簡單又高效(xiao)，適(shi)(shi)合光熱發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統。接著(zhu)在光熱發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統中對(dui)布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)關鍵參(can)數(shu)進行(xing)(xing)優(you)化，從而使循(xun)環(huan)效(xiao)率達到(dao)最佳。最后研究(jiu)了(le)SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)的設備，包括(kuo)向心透平、離心式(shi)壓(ya)縮(suo)機(ji)和印刷電(dian)(dian)路(lu)板式(shi)換(huan)熱器，其中印刷電(dian)(dian)路(lu)板式(shi)換(huan)熱器作為一(yi)種(zhong)新(xin)型換(huan)熱器，因為它的緊(jin)湊高效(xiao)性等特點常(chang)被用于SCO2布(bu)(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環(huan)。

01

前言

近年來，隨著(zhu)環(huan)(huan)境(jing)的污染以(yi)及化石能(neng)源的消耗，各國都在努力尋找更加節能(neng)高效的新(xin)能(neng)源。其中二氧化碳(CO2)極為(wei)(wei)突出(chu)，它(ta)具有臨(lin)界參數(shu)易(yi)達到(臨(lin)界溫度(du)(du)30.98℃,臨(lin)界壓力7.38MPa)、安全無毒、比熱容大、能(neng)量密(mi)度(du)(du)高、儲(chu)量豐(feng)富(fu)、易(yi)獲(huo)取等優(you)點(dian)(dian)。而以(yi)超臨(lin)界二氧化碳(SCO2)作為(wei)(wei)介質的布雷頓(dun)循(xun)環(huan)(huan)，具有占地面積(ji)小、設備(bei)簡(jian)單(dan)重量輕、循(xun)環(huan)(huan)熱效率高等優(you)點(dian)(dian)，受到了大家(jia)廣(guang)泛研究。SCO2布雷頓(dun)循(xun)環(huan)(huan)與太(tai)陽能(neng)熱發電(dian)相結合(he)，可以(yi)提高太(tai)陽能(neng)轉化效率，所以(yi)目前來說(shuo)，光熱發電(dian)與SCO2布雷頓(dun)循(xun)環(huan)(huan)相結合(he)必將(jiang)成為(wei)(wei)未來的發展趨勢(shi)。

本文將從以下(xia)5部(bu)分進(jin)行(xing)介紹。第(di)1部(bu)分將應用于(yu)布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)介質(zhi)(zhi)進(jin)行(xing)比(bi)較，得(de)到SCO2是最(zui)適合(he)布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)介質(zhi)(zhi)；第(di)2部(bu)分基于(yu)光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統比(bi)較了(le)SCO2布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)和(he)水蒸(zheng)氣(qi)朗肯(ken)循(xun)環(huan)(huan)(huan)、SCO2朗肯(ken)循(xun)環(huan)(huan)(huan)，得(de)到光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)與SCO2布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)結合(he)效率更高(gao)；第(di)3部(bu)分基于(yu)光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統對(dui)SCO2布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)結構進(jin)行(xing)比(bi)較，得(de)到再(zai)壓(ya)縮(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)、中(zhong)冷(leng)再(zai)壓(ya)縮(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)和(he)中(zhong)冷(leng)再(zai)熱(re)(re)(re)(re)再(zai)壓(ya)縮(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)效率較高(gao)，是比(bi)較適合(he)光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統的(de)；第(di)4部(bu)分對(dui)基于(yu)光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統的(de)SCO2布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)了(le)優化；第(di)5部(bu)分對(dui)SCO2布雷(lei)頓(dun)(dun)(dun)循(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)設備進(jin)行(xing)研究，主要包括透平、壓(ya)縮(suo)(suo)機和(he)換熱(re)(re)(re)(re)器。

02

布雷頓循環介質

圖1簡單循環

布雷(lei)頓循環是(shi)一(yi)種以氣體(ti)為(wei)工質的(de)循環，如圖(tu)1所示，經過定(ding)熵壓(ya)縮、定(ding)壓(ya)加(jia)熱、定(ding)熵膨(peng)脹、定(ding)壓(ya)放熱等4個過程(cheng)來實(shi)現能量的(de)高效轉化。

常見的(de)(de)(de)布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)有(you)：SCO2布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)、He布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)和空(kong)氣(qi)(qi)(qi)布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)。與后兩者相(xiang)比，SCO2布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)優(you)勢在(zai)于(yu)SCO2在(zai)650℃就可以(yi)(yi)達到He在(zai)850℃的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)，并(bing)提供(gong)了(le)選(xuan)擇材料的(de)(de)(de)靈活性[1],與空(kong)氣(qi)(qi)(qi)布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)相(xiang)比大大減少(shao)了(le)壓縮(suo)功，且循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)率(lv)可達到60%,比空(kong)氣(qi)(qi)(qi)布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)提高(gao)(gao)了(le)10%[2]。布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)作(zuo)為一(yi)種以(yi)(yi)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)為工(gong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)，一(yi)般用(yong)于(yu)制冷劑的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)可以(yi)(yi)用(yong)做布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)工(gong)質(zhi)(zhi)，為此也(ye)有(you)選(xuan)擇一(yi)些(xie)惰性氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)來進(jin)(jin)(jin)行布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)比較。Uusitalo等(deng)(deng)人[3]選(xuan)用(yong)了(le)CO2、C2H6、C2H4、R116等(deng)(deng)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)來進(jin)(jin)(jin)行布(bu)(bu)(bu)雷(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)頓(dun)(dun)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)模擬，選(xuan)擇它(ta)們主要(yao)是基于(yu)流體(ti)(ti)的(de)(de)(de)臨(lin)(lin)界(jie)溫(wen)度(du)略低于(yu)或接近壓縮(suo)機入口(kou)溫(wen)度(du)，以(yi)(yi)確保超(chao)臨(lin)(lin)界(jie)流體(ti)(ti)能貫穿整個循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)，最(zui)后得(de)到以(yi)(yi)CO2流體(ti)(ti)為工(gong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)中冷再壓縮(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)具有(you)最(zui)優(you)效(xiao)率(lv)。Coco-Enríquez L等(deng)(deng)人[4]選(xuan)擇了(le)CO2、N2、Xe、CH4、C2H6等(deng)(deng)5種氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)進(jin)(jin)(jin)行效(xiao)率(lv)比較，得(de)到N2的(de)(de)(de)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)率(lv)最(zui)高(gao)(gao)，CO2次之，但在(zai)提高(gao)(gao)透平入口(kou)壓力(li)時(shi)只有(you)CO2可使循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)率(lv)升高(gao)(gao)，其它(ta)工(gong)質(zhi)(zhi)均無(wu)變化(hua)。

通過在布(bu)雷頓循(xun)環(huan)中對(dui)這些工質(zhi)(zhi)進(jin)行效率(lv)比較，得到與大部分氣體工質(zhi)(zhi)相(xiang)比，CO2循(xun)環(huan)效率(lv)最高，且(qie)它是一種綠色安(an)全(quan)無(wu)(wu)毒的(de)氣體，是其它氣體無(wu)(wu)法比擬的(de)，所以目前布(bu)雷頓循(xun)環(huan)的(de)工質(zhi)(zhi)還是CO2最佳，基于此興(xing)起了對(dui)SCO2布(bu)雷頓循(xun)環(huan)的(de)研究。

03

光熱發電中的SCO布雷頓循環與朗肯循環比較

隨著SCO2布雷頓(dun)循環(huan)的興起，人(ren)們不免(mian)將它與之前的循環(huan)進行(xing)比較。其中(zhong)最突出(chu)的就是(shi)朗肯循環(huan)，如圖(tu)2所示(shi)，由鍋爐開始進行(xing)了(le)定壓吸熱(re)、定熵膨脹、定壓放(fang)熱(re)和定熵壓縮等4個過程的簡單動力循環(huan)。

圖2朗肯循環

光(guang)熱(re)(re)電站目前(qian)大部分(fen)都(dou)是采用(yong)的(de)水蒸氣朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)，與之(zhi)相(xiang)比，SCO2布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓(dun)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)不僅可以(yi)產生更(geng)高(gao)的(de)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)效(xiao)率(lv)(lv)，重量(liang)體積還會(hui)更(geng)小[5],與現有的(de)水蒸氣朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)相(xiang)比較，不僅發(fa)電效(xiao)率(lv)(lv)提高(gao)了(le)6.2%～7.4%,電力成本還降低了(le)7.8%～13.6%[6]。Hanak等人(ren)[7]得(de)到SCO2布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓(dun)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)在透平入口溫度593.3℃,入口壓(ya)力24.23MPa下(xia)的(de)凈效(xiao)率(lv)(lv)損失(shi)比傳統水蒸氣朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)少1%HHV,若進一步提高(gao)溫度和壓(ya)力則(ze)凈效(xiao)率(lv)(lv)損失(shi)會(hui)更(geng)少，且成本低27%。曹春輝[8]建立了(le)SCO2再壓(ya)縮布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓(dun)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)塔式光(guang)熱(re)(re)發(fa)電系統模型，得(de)到再壓(ya)縮循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)發(fa)電系統熱(re)(re)效(xiao)率(lv)(lv)和總熱(re)(re)效(xiao)率(lv)(lv)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)43.69%、25.95%,而使用(yong)水蒸氣朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)時的(de)兩個效(xiao)率(lv)(lv)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)37.85%、22.89%,可以(yi)明顯看出光(guang)熱(re)(re)發(fa)電系統使用(yong)再壓(ya)縮循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)效(xiao)率(lv)(lv)要高(gao)。如表1,吳毅(yi)[9]和楊(yang)雪[10]也都(dou)將(jiang)SCO2再壓(ya)縮布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓(dun)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)與水蒸氣朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)進行了(le)比較，最終得(de)到SCO2布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓(dun)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)與光(guang)熱(re)(re)電站相(xiang)結(jie)合的(de)效(xiao)率(lv)(lv)更(geng)高(gao)。

表1水蒸氣循環和SCO 2循環效率比較

前(qian)面得(de)到(dao)(dao)SCO2作為一(yi)種(zhong)優秀工質(zhi)，同樣可(ke)以(yi)(yi)用于朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)，為了得(de)到(dao)(dao)更(geng)適合光熱電(dian)站的循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)，同樣將(jiang)SCO2朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)和SCO2布(bu)雷頓(dun)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)的循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)進行比(bi)較。已知SCO2布(bu)雷頓(dun)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)，當透(tou)(tou)平入(ru)口溫度(du)在(zai)700℃的簡單循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)大(da)于44%,而更(geng)先進的再(zai)壓(ya)縮循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)可(ke)達到(dao)(dao)51%[11]。而以(yi)(yi)SCO2為工質(zhi)的太(tai)陽能朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)系(xi)統的電(dian)能效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)和熱效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)為11.4%和36.2%[12],在(zai)最(zui)優配置下(xia)的最(zui)大(da)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)熱效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)才能達到(dao)(dao)40%[13]。張玉偉[14]搭建(jian)了SCO2太(tai)陽能朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)系(xi)統，得(de)到(dao)(dao)朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)會隨(sui)著時間產生(sheng)較大(da)的波動，在(zai)中午(wu)時循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)最(zui)高，可(ke)達到(dao)(dao)21.6%,在(zai)整個時間段的平均循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)可(ke)達到(dao)(dao)約(yue)14%。向(xiang)沖[15]同樣搭建(jian)了SCO2太(tai)陽能朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)系(xi)統，得(de)到(dao)(dao)在(zai)典型工況下(xia)(透(tou)(tou)平壓(ya)力(li)從(cong)10MPa降到(dao)(dao)6.5MPa,加熱溫度(du)為100℃)的循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)總(zong)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)為20.58%。從(cong)上述數(shu)據中均可(ke)以(yi)(yi)明顯看出(chu)，SCO2布(bu)雷頓(dun)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)的效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)明顯高于SCO2朗(lang)(lang)(lang)肯循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)。

將(jiang)SCO2布雷頓循環與(yu)水蒸氣(qi)朗(lang)肯循環和SCO2朗(lang)肯循環均(jun)進行了比較(jiao)，都證明了SCO2布雷頓循環效率更高(gao)，所以SCO2布雷頓循環與(yu)光熱發電系統(tong)相結合存在優(you)勢(shi)，既可以提(ti)高(gao)太陽能轉化(hua)效率，又(you)能提(ti)高(gao)發電效率，是一種較(jiao)優(you)的循環。

04

基于光熱發電系統的SCO布雷頓循環結構

隨著SCO2布(bu)雷頓循(xun)環(huan)的(de)興(xing)起，簡單(dan)循(xun)環(huan)由于(yu)換熱不均會(hui)造成(cheng)回熱器(qi)的(de)“夾點”問(wen)題(ti)，從(cong)而影響(xiang)循(xun)環(huan)效率，為解決這一問(wen)題(ti)開(kai)始(shi)增加回熱器(qi)的(de)數(shu)量(liang)，以此引出(chu)來(lai)一系列改良的(de)循(xun)環(huan)布(bu)局。而與光熱發電相結合，也需要將(jiang)各(ge)種循(xun)環(huan)結構進行比較，從(cong)而選(xuan)出(chu)最合適(shi)的(de)。

其中(zhong)已(yi)知再壓(ya)(ya)縮循(xun)環(huan)(huan)不(bu)僅(jin)能產(chan)生最(zui)高的循(xun)環(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)，而且(qie)同(tong)時保持結構簡單(dan)[16]。為了證明再壓(ya)(ya)縮循(xun)環(huan)(huan)最(zui)適(shi)合光熱電(dian)站(zhan)，基于光熱發電(dian)系統將簡單(dan)循(xun)環(huan)(huan)、再熱循(xun)環(huan)(huan)、預壓(ya)(ya)縮循(xun)環(huan)(huan)、再壓(ya)(ya)縮循(xun)環(huan)(huan)和部分冷卻循(xun)環(huan)(huan)進行比較，得(de)到再壓(ya)(ya)縮循(xun)環(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)最(zui)高[17,18],單(dan)獨使用(yong)該循(xun)環(huan)(huan)最(zui)大(da)熱效(xiao)(xiao)率(lv)可以達(da)到52%,光熱電(dian)站(zhan)系統效(xiao)(xiao)率(lv)可以達(da)到40%[18]。

而后隨著布(bu)雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)結構的(de)一步步優化(hua)改良(liang)，出現了(le)(le)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)熱(re)(re)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)結構，它(ta)在(zai)(zai)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)基礎上(shang)增加(jia)了(le)(le)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)和(he)(he)冷(leng)(leng)卻器各一臺(tai)，雖然成本有所增加(jia)，但是(shi)(shi)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效率也隨之增大。基于(yu)(yu)光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統將(jiang)簡(jian)(jian)單循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、部分(fen)冷(leng)(leng)卻循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)進行比(bi)較，得(de)到中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)效率最(zui)高(gao)(gao)(gao)[19,20],在(zai)(zai)透平(ping)(ping)入(ru)(ru)口溫度(du)(du)850℃時(shi)達(da)到55.2%[19],將(jiang)透平(ping)(ping)入(ru)(ru)口溫度(du)(du)優化(hua)到730℃,并(bing)將(jiang)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)接收器效率之間達(da)到最(zui)佳(jia)時(shi)太陽能發(fa)(fa)電(dian)效率為17.5%[20]。Wang等人[21]將(jiang)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)、部分(fen)冷(leng)(leng)卻這(zhe)3種(zhong)(zhong)(zhong)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)集成到光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，比(bi)較它(ta)們的(de)性能，得(de)到循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效率從大到小(xiao)依次(ci)是(shi)(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、部分(fen)冷(leng)(leng)卻循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)，尤(you)其是(shi)(shi)當壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)入(ru)(ru)口溫度(du)(du)較高(gao)(gao)(gao)時(shi)，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)(he)部分(fen)冷(leng)(leng)卻循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)優勢會更(geng)加(jia)明顯。王雅倩(qian)[22]建立了(le)(le)基于(yu)(yu)塔(ta)式光熱(re)(re)系統的(de)SCO2布(bu)雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)模型，分(fen)別(bie)取(qu)各個(ge)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)最(zui)高(gao)(gao)(gao)效率點(dian)進行比(bi)較，得(de)到從大到小(xiao)依次(ci)為：中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、部分(fen)冷(leng)(leng)卻循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、預壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、簡(jian)(jian)單循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)。李佩蔚[23]則建立了(le)(le)簡(jian)(jian)單、預壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)、再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)、部分(fen)冷(leng)(leng)卻、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)這(zhe)5種(zhong)(zhong)(zhong)不同形(xing)式的(de)SCO2布(bu)雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)力學模型，得(de)到中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)是(shi)(shi)最(zui)適合于(yu)(yu)塔(ta)式太陽能系統的(de)一種(zhong)(zhong)(zhong)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)形(xing)式。袁曉旭和(he)(he)張(zhang)小(xiao)波[24]設置了(le)(le)透平(ping)(ping)入(ru)(ru)口溫度(du)(du)550℃、透平(ping)(ping)入(ru)(ru)口壓(ya)(ya)力20MPa、主壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)入(ru)(ru)口溫度(du)(du)35℃的(de)情況下比(bi)較了(le)(le)簡(jian)(jian)單、再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)3種(zhong)(zhong)(zhong)基于(yu)(yu)光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)的(de)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效率，由表2可以看出中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)冷(leng)(leng)再(zai)(zai)(zai)(zai)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)供電(dian)效率最(zui)高(gao)(gao)(gao)。

表(biao)2基于光熱發電系統的3種循環比較

之后(hou)又出現了(le)中(zhong)冷(leng)再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)結(jie)構，與中(zhong)冷(leng)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)相比，增(zeng)加了(le)一臺(tai)再熱(re)(re)(re)(re)透平(ping)，循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)結(jie)構如圖3所示，雖然成本有所增(zeng)加，但是(shi)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)也隨之增(zeng)大。基于光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發電(dian)系統將(jiang)簡單循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)中(zhong)冷(leng)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)進行(xing)比較，得到中(zhong)冷(leng)再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)最(zui)高，既能(neng)(neng)夠適(shi)應干冷(leng)又能(neng)(neng)達到50%以(yi)上的(de)發電(dian)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)[25]。Mohagheghi等人[26]研究了(le)基于光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發電(dian)的(de)SCO2布(bu)雷頓循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)采(cai)用簡單循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)、再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)和(he)中(zhong)冷(leng)再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)等不同結(jie)構，以(yi)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)最(zui)大為目標函(han)數(shu)，對各(ge)個循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)熱(re)(re)(re)(re)力學性能(neng)(neng)進行(xing)優化，得到中(zhong)冷(leng)再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)不僅顯著降(jiang)低了(le)排熱(re)(re)(re)(re)的(de)■損失(shi)，而且提高了(le)復熱(re)(re)(re)(re)性能(neng)(neng)，表3為各(ge)個循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)的(de)關鍵(jian)參數(shu)取值以(yi)及循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)，可(ke)以(yi)看出中(zhong)冷(leng)再熱(re)(re)(re)(re)再壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)最(zui)高。

圖3中冷再熱再壓縮循環

雖然中冷(leng)再熱(re)再壓(ya)縮循環(huan)效(xiao)(xiao)率最高(gao)，但系(xi)統相對更加復雜，成本更高(gao)，而再壓(ya)縮相對來說效(xiao)(xiao)率較(jiao)高(gao)且系(xi)統簡(jian)單，所以應(ying)用前景廣(guang)泛[27]。所以綜合分析再壓(ya)縮循環(huan)既簡(jian)單又高(gao)效(xiao)(xiao)，是最適合光熱(re)發電系(xi)統的，后續對于關(guan)鍵參數(shu)研究也(ye)都是基于此循環(huan)。

05

基于光熱發電的SCO布雷頓循環關鍵參數優化

針對(dui)各種循環結(jie)構(gou)(gou)進(jin)行優化(hua)時，關鍵參數是其中重要的(de)一項(xiang)研究(jiu)，從上節可以(yi)得到(dao)(dao)再壓縮循環既可以(yi)達(da)到(dao)(dao)很高的(de)效率(lv)又能保持系統(tong)相對(dui)簡單(dan)，所以(yi)關鍵參數進(jin)行優化(hua)大部分都是采用的(de)再壓縮循環結(jie)構(gou)(gou)。

SCO2布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)的(de)(de)關(guan)鍵參(can)數(shu)有：透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)和(he)(he)(he)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)、壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)機入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)和(he)(he)(he)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)、分(fen)流(liu)(liu)比(bi)(bi)等(deng)(deng)。通過對關(guan)鍵參(can)數(shu)進行(xing)優化，可(ke)(ke)以(yi)使循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)效率達(da)(da)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)最(zui)(zui)大(da)。Iverson等(deng)(deng)人(ren)(ren)[28]得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)高(gao)于(yu)600℃時(shi)(shi)SCO2布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)在(zai)(zai)光熱(re)發電(dian)系統(tong)中有明顯優勢(shi)。周昊等(deng)(deng)人(ren)(ren)[29]則得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)達(da)(da)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)750℃左右(you)全廠效率最(zui)(zui)大(da)。陳建(jian)生等(deng)(deng)人(ren)(ren)[30]建(jian)立了(le)基(ji)于(yu)塔式(shi)光熱(re)電(dian)站與(yu)SCO2再(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)集成的(de)(de)數(shu)學模型，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)當透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)為901K時(shi)(shi)基(ji)于(yu)塔式(shi)光熱(re)電(dian)站的(de)(de)SCO2再(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)系統(tong)熱(re)效率可(ke)(ke)以(yi)達(da)(da)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)28.4%。Abid等(deng)(deng)人(ren)(ren)[31]分(fen)析得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)當透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)從823K升(sheng)高(gao)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)1023K時(shi)(shi)，循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)效率從44.55%升(sheng)高(gao)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)了(le)49%。Grag等(deng)(deng)人(ren)(ren)[32]得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)效率隨著透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)大(da)而增(zeng)大(da)，隨著透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)增(zeng)大(da)先(xian)(xian)增(zeng)大(da)后(hou)減小，當溫度(du)(du)873K、壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)8.5MPa時(shi)(shi)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)效率最(zui)(zui)大(da)，約32%。何欣欣等(deng)(deng)人(ren)(ren)[33]分(fen)析了(le)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)關(guan)鍵參(can)數(shu)對全廠熱(re)效率的(de)(de)影響(xiang)，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)全廠熱(re)效率與(yu)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)和(he)(he)(he)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)均呈先(xian)(xian)增(zeng)大(da)后(hou)減小的(de)(de)趨勢(shi)，采用(yong)遺(yi)傳(chuan)算法(fa)以(yi)全廠熱(re)效率為優化目標，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)在(zai)(zai)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)787.8℃、透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)35MPa、循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)4.573時(shi)(shi)全廠熱(re)效率為35.244%。韓中合(he)等(deng)(deng)人(ren)(ren)[34]建(jian)立了(le)SCO2再(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)的(de)(de)塔式(shi)太陽(yang)能光熱(re)系統(tong)模型，采用(yong)遺(yi)傳(chuan)算法(fa)對系統(tong)的(de)(de)關(guan)鍵參(can)數(shu)進行(xing)優化，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)在(zai)(zai)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)784℃～841℃、主(zhu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)機入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)7.68MPa～10MPa、最(zui)(zui)佳分(fen)流(liu)(liu)系數(shu)0.25～0.32的(de)(de)取值范圍內系統(tong)總■損率可(ke)(ke)以(yi)達(da)(da)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)70.72%～76.87%。王智等(deng)(deng)人(ren)(ren)[35]建(jian)立了(le)基(ji)于(yu)塔式(shi)光熱(re)系統(tong)的(de)(de)SCO2再(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)布雷(lei)頓循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)效率與(yu)透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)和(he)(he)(he)分(fen)流(liu)(liu)比(bi)(bi)呈先(xian)(xian)增(zeng)大(da)后(hou)減小的(de)(de)趨勢(shi)，在(zai)(zai)750℃、0.7左右(you)達(da)(da)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)最(zui)(zui)大(da)；而不(bu)同循(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)對應不(bu)同的(de)(de)最(zui)(zui)佳透(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)(kou)(kou)溫度(du)(du)和(he)(he)(he)分(fen)流(liu)(liu)比(bi)(bi)，用(yong)遺(yi)傳(chuan)算法(fa)進行(xing)優化，結果見表4。

表3幾種循環的效(xiao)率比較

表(biao)4參數優化后(hou)的循環效(xiao)率

沈涵孜等人(ren)[36]建立(li)了SCO2再壓(ya)(ya)縮布雷頓循(xun)環(huan)，通過軟件模(mo)擬(ni)來分析系統參(can)數對(dui)循(xun)環(huan)效(xiao)率(lv)的(de)影(ying)響，如圖4、圖5所(suo)示(shi)。由圖4、圖5可以看出，循(xun)環(huan)凈(jing)效(xiao)率(lv)隨(sui)透(tou)平入(ru)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)(du)升高而(er)升高，隨(sui)透(tou)平入(ru)口(kou)(kou)壓(ya)(ya)力(li)升高而(er)先增大后(hou)減小；最后(hou)基(ji)于塔式光熱系統對(dui)關(guan)鍵(jian)參(can)數的(de)優化，得到當透(tou)平入(ru)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)(du)和壓(ya)(ya)力(li)為550℃、24MPa,主壓(ya)(ya)縮機入(ru)口(kou)(kou)溫(wen)度(du)(du)35℃,分流比(bi)0.65時可以使循(xun)環(huan)效(xiao)率(lv)達到43.8%。

圖4透平入(ru)口(kou)溫度與循環(huan)效率(lv)關(guan)系

圖(tu)5透平(ping)入(ru)口壓力(li)與(yu)循環效率關系

通過(guo)對關鍵(jian)參數(shu)(shu)的(de)優(you)(you)化會發現，這(zhe)些參數(shu)(shu)不是(shi)(shi)單一影(ying)響(xiang)循環效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)，它們之(zhi)間存在著耦合關系(xi)，所以(yi)為了使循環效(xiao)(xiao)率(lv)達到(dao)最(zui)(zui)佳，最(zui)(zui)好還是(shi)(shi)采用(yong)算法對參數(shu)(shu)進(jin)行優(you)(you)化，使各個參數(shu)(shu)都達到(dao)最(zui)(zui)佳，從(cong)而得到(dao)最(zui)(zui)優(you)(you)的(de)循環效(xiao)(xiao)率(lv)。

06

SCO布雷頓循環設備

在得到(dao)SCO2布雷頓(dun)循環的循環結構(gou)和關(guan)鍵參(can)數后，對于循環所需的設備也是一個重要(yao)的研究方向(xiang)。設備主(zhu)要(yao)就分兩種：旋轉機械(xie)和換熱(re)器。

5.1旋轉機械

旋轉機械(xie)是SCO2循環熱功轉換(huan)的關鍵部件。主要有兩種：透平和壓縮機。

SCO2透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)有(you)徑(jing)(jing)流(向(xiang)心(xin)(xin))透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)和(he)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)流透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)兩種(zhong)，國內外(wai)對(dui)(dui)于透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)主要就分為(wei)這兩種(zhong)。徑(jing)(jing)流式適宜較(jiao)小(xiao)規(gui)模(mo)(mo)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，最(zui)大適用(yong)(yong)(yong)于50MW級別(bie)，而軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)流式更適于較(jiao)大規(gui)模(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)[37]。Moore等(deng)(deng)人(ren)[38,39]為(wei)SCO2再壓縮(suo)布雷(lei)頓循(xun)環(huan)設(she)(she)計(ji)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)種(zhong)新型(xing)高(gao)溫(wen)(wen)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)，這種(zhong)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)既(ji)可(ke)(ke)(ke)以(yi)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)傳統(tong)(tong)熱(re)源也能(neng)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)太(tai)陽(yang)能(neng)發電系(xi)(xi)統(tong)(tong)，讓SCO2循(xun)環(huan)達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)接近50%的(de)(de)(de)(de)熱(re)效(xiao)率(lv)，目(mu)前此透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)已經可(ke)(ke)(ke)以(yi)在(zai)(zai)(zai)溫(wen)(wen)度(du)550℃、壓力18MPa時轉子轉速達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)21 000r/min的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)，并將繼續提(ti)高(gao)要求(qiu)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)試驗(yan)(yan)。Lee等(deng)(deng)人(ren)[40]提(ti)出(chu)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)種(zhong)SCO2布雷(lei)頓循(xun)環(huan)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)改(gai)進(jin)(jin)設(she)(she)計(ji)方(fang)(fang)法，此方(fang)(fang)法可(ke)(ke)(ke)以(yi)同時得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)某(mou)一(yi)(yi)工況(kuang)(kuang)下軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)和(he)徑(jing)(jing)向(xiang)兩種(zhong)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)方(fang)(fang)案(an)，從(cong)而方(fang)(fang)便在(zai)(zai)(zai)相同設(she)(she)計(ji)條件(jian)下選(xuan)(xuan)擇(ze)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)類型(xing)。Schmitt等(deng)(deng)人(ren)[41]對(dui)(dui)100MW的(de)(de)(de)(de)SCO2透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)參數(shu)(shu)(shu)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)了(le)(le)(le)設(she)(she)計(ji)，設(she)(she)定(ding)(ding)為(wei)6級的(de)(de)(de)(de)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)且(qie)入口溫(wen)(wen)度(du)為(wei)1035K,并設(she)(she)計(ji)了(le)(le)(le)詳細的(de)(de)(de)(de)流場計(ji)算氣動損失系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)，經過驗(yan)(yan)證(zheng)均滿(man)足要求(qiu)。劉長(chang)春等(deng)(deng)人(ren)[42]綜(zong)合(he)了(le)(le)(le)國內外(wai)的(de)(de)(de)(de)各種(zhong)數(shu)(shu)(shu)據，將Ni基合(he)金、奧氏體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)和(he)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)對(dui)(dui)比(bi)得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)了(le)(le)(le)SCO2透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)選(xuan)(xuan)材(cai)建議，若考慮制造成本應(ying)(ying)(ying)選(xuan)(xuan)擇(ze)奧氏體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)或鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)，若考慮抗腐蝕(shi)應(ying)(ying)(ying)選(xuan)(xuan)擇(ze)Ni基合(he)金。張少(shao)鋒等(deng)(deng)人(ren)[43]將干氣密(mi)封(feng)(feng)裝置安裝在(zai)(zai)(zai)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)靠(kao)近透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)位置，既(ji)實(shi)現了(le)(le)(le)對(dui)(dui)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)，又可(ke)(ke)(ke)以(yi)達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)對(dui)(dui)密(mi)封(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)降溫(wen)(wen)作用(yong)(yong)(yong)，保證(zheng)了(le)(le)(le)SCO2布雷(lei)頓系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)(xing)。王(wang)(wang)鵬亮等(deng)(deng)人(ren)[44]將壓縮(suo)機和(he)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)采(cai)用(yong)(yong)(yong)同軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)同缸(gang)的(de)(de)(de)(de)布置，將透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)高(gao)溫(wen)(wen)高(gao)壓密(mi)封(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)難題變成了(le)(le)(le)低溫(wen)(wen)密(mi)封(feng)(feng)，實(shi)現了(le)(le)(le)這一(yi)(yi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)。目(mu)前關(guan)于向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)較(jiao)多，Cho等(deng)(deng)人(ren)[45]設(she)(she)計(ji)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)種(zhong)10KW級的(de)(de)(de)(de)SCO2循(xun)環(huan)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)徑(jing)(jing)向(xiang)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)和(he)離心(xin)(xin)壓縮(suo)機，并設(she)(she)計(ji)了(le)(le)(le)帶有(you)迷宮密(mi)封(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)徑(jing)(jing)向(xiang)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)和(he)離心(xin)(xin)壓縮(suo)機的(de)(de)(de)(de)葉輪的(de)(de)(de)(de)冠(guan)狀結構，以(yi)克服SNL報道的(de)(de)(de)(de)推力平(ping)(ping)(ping)衡問題。Odabaee等(deng)(deng)人(ren)[46]采(cai)用(yong)(yong)(yong)ANSYS對(dui)(dui)SCO2向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)了(le)(le)(le)CFD分析，該透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)在(zai)(zai)(zai)光熱(re)條件(jian)下可(ke)(ke)(ke)達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)入口溫(wen)(wen)度(du)560℃、壓比(bi)2.2、功(gong)率(lv)100KW,比(bi)較(jiao)了(le)(le)(le)SCO2氣體(ti)(ti)(ti)屬性方(fang)(fang)程和(he)從(cong)NIST中(zhong)生成的(de)(de)(de)(de)RGP表兩種(zhong)方(fang)(fang)法的(de)(de)(de)(de)計(ji)算結果(guo)和(he)耗(hao)時，發現結果(guo)基本一(yi)(yi)致(zhi)。周奧錚等(deng)(deng)人(ren)[47]則提(ti)出(chu)了(le)(le)(le)一(yi)(yi)種(zhong)采(cai)用(yong)(yong)(yong)一(yi)(yi)維向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)預(yu)測的(de)(de)(de)(de)SCO2再壓縮(suo)循(xun)環(huan)模(mo)(mo)型(xing)，將它(ta)與(yu)(yu)固定(ding)(ding)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)對(dui)(dui)比(bi)，結果(guo)發現這種(zhong)模(mo)(mo)型(xing)更加(jia)適合(he)變工況(kuang)(kuang)情況(kuang)(kuang)。王(wang)(wang)春陽(yang)[48]對(dui)(dui)一(yi)(yi)個70MW級SCO2布雷(lei)頓循(xun)環(huan)的(de)(de)(de)(de)向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)了(le)(le)(le)改(gai)進(jin)(jin)，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)參數(shu)(shu)(shu)為(wei)：最(zui)佳進(jin)(jin)口葉片角30°,最(zui)佳葉片出(chu)口角82°,葉輪葉片數(shu)(shu)(shu)在(zai)(zai)(zai)10、11、12均可(ke)(ke)(ke)，最(zui)佳葉根倒角半徑(jing)(jing)在(zai)(zai)(zai)3mm。王(wang)(wang)巧珍[49]對(dui)(dui)7.5MW的(de)(de)(de)(de)SCO2向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)了(le)(le)(le)氣動設(she)(she)計(ji)，通過數(shu)(shu)(shu)值(zhi)模(mo)(mo)擬得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)最(zui)優(you)方(fang)(fang)案(an)功(gong)率(lv)為(wei)7.47MW,效(xiao)率(lv)85.38%。呂(lv)國川等(deng)(deng)人(ren)[50]采(cai)用(yong)(yong)(yong)CFD對(dui)(dui)MW級的(de)(de)(de)(de)SCO2向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)模(mo)(mo)擬，得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)設(she)(she)計(ji)點效(xiao)率(lv)達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)88.45%,滿(man)足要求(qiu)。趙(zhao)攀等(deng)(deng)人(ren)[51]設(she)(she)計(ji)了(le)(le)(le)1MW的(de)(de)(de)(de)SCO2向(xiang)心(xin)(xin)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)，使用(yong)(yong)(yong)RANS得(de)到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)在(zai)(zai)(zai)設(she)(she)計(ji)工況(kuang)(kuang)下透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)平(ping)(ping)(ping)氣動效(xiao)率(lv)達到(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)83.53%,與(yu)(yu)設(she)(she)計(ji)值(zhi)偏差為(wei)1.54%,驗(yan)(yan)證(zheng)了(le)(le)(le)設(she)(she)計(ji)方(fang)(fang)法的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)靠(kao)性。

除(chu)透平外(wai)，另一種旋轉(zhuan)機(ji)械就是(shi)壓(ya)縮(suo)機(ji)了(le)，壓(ya)縮(suo)機(ji)的種類有很(hen)多，但目(mu)前應用(yong)在SCO2布雷頓循環(huan)中最(zui)多的還是(shi)離心式壓(ya)縮(suo)機(ji)，如圖6所示。

圖6離(li)心壓縮機結構簡圖

Utamura等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[52]設(she)計(ji)的(de)(de)(de)離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)和(he)徑向透平由發電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)驅動、高速(su)(su)逆變器(qi)控(kong)制，在轉(zhuan)速(su)(su)1.15kHz,質(zhi)量(liang)(liang)(liang)流量(liang)(liang)(liang)1.1kg/s,壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)7.5MPa、304.6K,透平10.6MPa、533K工況(kuang)下，可(ke)(ke)以(yi)(yi)實(shi)(shi)現(xian)110W的(de)(de)(de)發電(dian)(dian)運(yun)行(xing)(xing)。Rinaldi等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[53]利用RANS模(mo)擬(ni)計(ji)算(suan)(suan)了(le)(le)(le)SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)圖，考慮了(le)(le)(le)45、50、55等(deng)3種不(bu)同轉(zhuan)速(su)(su)，并(bing)將(jiang)數(shu)(shu)值結(jie)果與(yu)SNL的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)數(shu)(shu)據(ju)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)比(bi)(bi)較，證明(ming)了(le)(le)(le)該方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)潛力(li)(li)。Behafarid等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[54]利用可(ke)(ke)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)和(he)不(bu)可(ke)(ke)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)的(de)(de)(de)SCO2模(mo)型(xing)(xing)，以(yi)(yi)及可(ke)(ke)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)理想氣(qi)體模(mo)型(xing)(xing)對離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)一維(wei)分析(xi)，之后采用了(le)(le)(le)新的(de)(de)(de)建模(mo)方(fang)法(fa)用于SCO2壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)三維(wei)數(shu)(shu)值模(mo)擬(ni)，得到不(bu)可(ke)(ke)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)模(mo)型(xing)(xing)可(ke)(ke)對SCO2壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)完整詳(xiang)細的(de)(de)(de)多(duo)維(wei)模(mo)型(xing)(xing)仿真，且該模(mo)型(xing)(xing)具有(you)數(shu)(shu)值穩定(ding)性(xing)、計(ji)算(suan)(suan)效(xiao)率(lv)和(he)物理精度(du)等(deng)優點(dian)。Shao等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[55]引(yin)入了(le)(le)(le)“凝結(jie)裕量(liang)(liang)(liang)”對SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)詳(xiang)細的(de)(de)(de)設(she)計(ji)探討，以(yi)(yi)低(di)流量(liang)(liang)(liang)系數(shu)(shu)SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)初步(bu)設(she)計(ji)結(jie)果為(wei)(wei)例進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)CFD模(mo)擬(ni)，得到的(de)(de)(de)結(jie)果與(yu)勘探結(jie)果一致。Du等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[56]采用遺傳算(suan)(suan)法(fa)對SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)優化(hua)設(she)計(ji)，得到壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)最佳揚程(cheng)系數(shu)(shu)為(wei)(wei)0.53,最大(da)循(xun)環效(xiao)率(lv)為(wei)(wei)24.4%。劉(liu)朝陽等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[57]研究了(le)(le)(le)葉頂間隙對SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)氣(qi)動性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，得到葉頂間隙的(de)(de)(de)增大(da)會降低(di)SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)和(he)壓(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)。朱(zhu)玉銘等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[58]設(she)計(ji)開發了(le)(le)(le)SCO2兩級(ji)離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)，得到實(shi)(shi)驗(yan)最大(da)總壓(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)超過2.69,最大(da)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)流量(liang)(liang)(liang)接近16kg/s,并(bing)將(jiang)此壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)與(yu)多(duo)個型(xing)(xing)號單(dan)級(ji)離(li)(li)(li)心(xin)(xin)式壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)對比(bi)(bi)，提出降低(di)轉(zhuan)速(su)(su)是提高SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)之一。曹潤(run)等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[59]研究了(le)(le)(le)增加盤(pan)腔和(he)密封結(jie)構的(de)(de)(de)150kW SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)，得到在設(she)計(ji)工況(kuang)下氣(qi)動效(xiao)率(lv)為(wei)(wei)72.1%,壓(ya)(ya)(ya)(ya)比(bi)(bi)為(wei)(wei)2.19,最大(da)軸向推(tui)力(li)(li)為(wei)(wei)1635kN,離(li)(li)(li)心(xin)(xin)葉輪的(de)(de)(de)表面等(deng)效(xiao)應(ying)力(li)(li)最大(da)值為(wei)(wei)109.95MPa,滿足設(she)計(ji)材(cai)料304鋼的(de)(de)(de)強度(du)需(xu)求。尚鵬(peng)旭(xu)等(deng)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)[60]對10MW級(ji)SCO2離(li)(li)(li)心(xin)(xin)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)不(bu)同進(jin)(jin)(jin)(jin)口條件進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)分析(xi)，得到進(jin)(jin)(jin)(jin)口溫度(du)越(yue)低(di)或進(jin)(jin)(jin)(jin)口壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)越(yue)高時，壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)越(yue)高。

5.2換熱器

在SCO2循環(huan)中換(huan)(huan)熱(re)設備主要(yao)分為(wei)回熱(re)器(qi)(qi)、冷(leng)卻器(qi)(qi)以(yi)(yi)及加熱(re)器(qi)(qi)3類。目前(qian)的(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)有板(ban)式(shi)、管殼式(shi)和(he)印(yin)刷電路(lu)板(ban)式(shi)，其中印(yin)刷電路(lu)板(ban)式(shi)換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)(PCHE)相比管殼式(shi)和(he)板(ban)式(shi)換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)具有非常突出的(de)(de)優點，主要(yao)體現在：(1)換(huan)(huan)熱(re)效率高(gao)；(2)耐(nai)(nai)高(gao)溫和(he)耐(nai)(nai)高(gao)壓(ya)能力強；(3)在同等功率的(de)(de)條件下，PCHE的(de)(de)體積(ji)和(he)重量是管殼式(shi)換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)的(de)(de)1/5[61]。由于流體之間的(de)(de)巨大壓(ya)力差(cha)以(yi)(yi)及它們的(de)(de)緊湊性[62],PCHE被(bei)認為(wei)是SCO2布雷頓循環(huan)換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)的(de)(de)最佳選擇之一，大部(bu)分循環(huan)都(dou)是采(cai)用(yong)的(de)(de)此種換(huan)(huan)熱(re)器(qi)(qi)，圖(tu)7所示(shi)為(wei)PCHE的(de)(de)結構示(shi)意圖(tu)[63]。

圖(tu)7印刷電路(lu)板(ban)式換熱器示意圖(tu)

圖8 PCHE通道類型(xing)

可以(yi)(yi)看(kan)到(dao)(dao)許多(duo)文獻(xian)都是采(cai)(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)此種(zhong)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器，如Nikitin等(deng)(deng)人(ren)(ren)[63]通(tong)(tong)過(guo)實驗(yan)(yan)和(he)(he)(he)(he)(he)數(shu)(shu)值(zhi)方(fang)法(fa)(fa)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)了(le)SCO2布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)中(zhong)PCHE的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)和(he)(he)(he)(he)(he)壓(ya)(ya)降(jiang)(jiang)特(te)性(xing)(xing)，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)局部(bu)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)數(shu)(shu)和(he)(he)(he)(he)(he)壓(ya)(ya)降(jiang)(jiang)系(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經驗(yan)(yan)關系(xi)式。Saeed等(deng)(deng)人(ren)(ren)[64]研(yan)(yan)(yan)究(jiu)了(le)PCHE的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)設(she)計(ji)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)SCO2循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，采(cai)(cai)用(yong)(yong)了(le)直(zhi)型(xing)(xing)(xing)、Z型(xing)(xing)(xing)、C型(xing)(xing)(xing)、S型(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)(he)(he)翼(yi)(yi)型(xing)(xing)(xing)5種(zhong)不(bu)同(tong)翅片構型(xing)(xing)(xing)，如圖8所示(shi)，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)C型(xing)(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)和(he)(he)(he)(he)(he)Z型(xing)(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)分(fen)(fen)(fen)別對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)應循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)值(zhi)和(he)(he)(he)(he)(he)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)小尺寸。Ngo等(deng)(deng)人(ren)(ren)[65]提(ti)出(chu)(chu)了(le)一種(zhong)新型(xing)(xing)(xing)S型(xing)(xing)(xing)PCHE,并將(jiang)(jiang)它與Z型(xing)(xing)(xing)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)比，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)它可在(zai)(zai)(zai)保持傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)降(jiang)(jiang)低6～7倍(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)降(jiang)(jiang)。Kruizenga等(deng)(deng)人(ren)(ren)[66,67]分(fen)(fen)(fen)析(xi)了(le)PCHE內(nei)SCO2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，采(cai)(cai)用(yong)(yong)了(le)316型(xing)(xing)(xing)不(bu)銹鋼(gang)、九通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)、半(ban)圓形(xing)試(shi)驗(yan)(yan)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構。Mohammed等(deng)(deng)人(ren)(ren)[69]提(ti)出(chu)(chu)冷(leng)卻(que)(que)器是阻(zu)礙(ai)實現SCO2循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)高(gao)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)原因之一，所以(yi)(yi)必須從(cong)冷(leng)卻(que)(que)器中(zhong)回(hui)收熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)量(liang)(liang)(liang)，以(yi)(yi)提(ti)高(gao)SCO2系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)整體能(neng)(neng)源(yuan)利用(yong)(yong)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)得(de)(de)(de)到(dao)(dao)具有鋸齒形(xing)和(he)(he)(he)(he)(he)波浪形(xing)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PCHE適合于SCO2循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)，在(zai)(zai)(zai)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)中(zhong)插入S型(xing)(xing)(xing)或(huo)翼(yi)(yi)型(xing)(xing)(xing)翅片可提(ti)高(gao)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)力(li)(li)。李(li)磊等(deng)(deng)人(ren)(ren)[70]通(tong)(tong)過(guo)數(shu)(shu)值(zhi)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)方(fang)法(fa)(fa)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)Z型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PCHE傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)和(he)(he)(he)(he)(he)阻(zu)力(li)(li)特(te)性(xing)(xing)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)層(ceng)流模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)于Z型(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PCHE的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)和(he)(he)(he)(he)(he)阻(zu)力(li)(li)效(xiao)(xiao)(xiao)果更好，當(dang)(dang)只改(gai)變兩側(ce)(ce)流體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)流量(liang)(liang)(liang)時(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)會變小，而(er)當(dang)(dang)只改(gai)變熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)側(ce)(ce)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)入口溫(wen)度時(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)會變大(da)。李(li)凈松等(deng)(deng)人(ren)(ren)[71]基于PCHE分(fen)(fen)(fen)析(xi)了(le)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器尺寸對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)SCO2再壓(ya)(ya)縮(suo)布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)與換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)長(chang)度和(he)(he)(he)(he)(he)面積成正比，但(dan)當(dang)(dang)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器長(chang)度大(da)于1.5m,高(gao)溫(wen)回(hui)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器截(jie)面積大(da)于12m2、低溫(wen)回(hui)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器截(jie)面積大(da)于9m2時(shi)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)提(ti)升(sheng)不(bu)再明顯。高(gao)毅超(chao)等(deng)(deng)人(ren)(ren)[72]建立了(le)Z型(xing)(xing)(xing)PCHE模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)，分(fen)(fen)(fen)析(xi)了(le)管(guan)徑和(he)(he)(he)(he)(he)轉折角對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)其(qi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)在(zai)(zai)(zai)2mm～3mm、20°～45°時(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)性(xing)(xing)能(neng)(neng)最(zui)好。徐婷婷等(deng)(deng)人(ren)(ren)[73]采(cai)(cai)用(yong)(yong)分(fen)(fen)(fen)段(duan)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)PCHE進(jin)行(xing)建模(mo)(mo)，將(jiang)(jiang)結果與實驗(yan)(yan)數(shu)(shu)據進(jin)行(xing)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)比，見表5,可以(yi)(yi)看(kan)出(chu)(chu)誤差不(bu)大(da)，證明了(le)分(fen)(fen)(fen)段(duan)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可靠性(xing)(xing)。范世(shi)望等(deng)(deng)人(ren)(ren)[74]采(cai)(cai)用(yong)(yong)流體-固體強(qiang)耦合傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)SCO2再壓(ya)(ya)縮(suo)布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PCHE在(zai)(zai)(zai)穩(wen)態(tai)(tai)和(he)(he)(he)(he)(he)非(fei)穩(wen)態(tai)(tai)工(gong)況(kuang)下(xia)運行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)力(li)(li)進(jin)行(xing)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)在(zai)(zai)(zai)穩(wen)態(tai)(tai)工(gong)況(kuang)下(xia)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)符(fu)合工(gong)況(kuang)，在(zai)(zai)(zai)非(fei)穩(wen)態(tai)(tai)工(gong)況(kuang)下(xia)由于冷(leng)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)不(bu)均(jun)(jun)勻(yun)可能(neng)(neng)會導致部(bu)分(fen)(fen)(fen)流體偏離超(chao)臨界狀(zhuang)態(tai)(tai)，尤其(qi)是邊緣和(he)(he)(he)(he)(he)出(chu)(chu)口附近，所以(yi)(yi)設(she)計(ji)時(shi)需要(yao)(yao)考(kao)慮好PCHE內(nei)部(bu)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)不(bu)均(jun)(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題。史陽等(deng)(deng)人(ren)(ren)[75]采(cai)(cai)用(yong)(yong)PCHE作為SCO2布(bu)(bu)雷(lei)(lei)頓循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器和(he)(he)(he)(he)(he)冷(leng)卻(que)(que)器，對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)此進(jin)行(xing)了(le)測試(shi)以(yi)(yi)及費用(yong)(yong)分(fen)(fen)(fen)析(xi)，以(yi)(yi)1MW換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器為例，發現投資費用(yong)(yong)遠(yuan)高(gao)于運行(xing)費用(yong)(yong)，且隨著SCO2質量(liang)(liang)(liang)流量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)，回(hui)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器總(zong)體費用(yong)(yong)也隨之增加(jia)，而(er)冷(leng)卻(que)(que)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)體費用(yong)(yong)則呈現先(xian)下(xia)降(jiang)(jiang)后上(shang)升(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)趨勢(shi)。劉凱等(deng)(deng)人(ren)(ren)[76]采(cai)(cai)用(yong)(yong)數(shu)(shu)值(zhi)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)方(fang)法(fa)(fa)探究(jiu)SCO2在(zai)(zai)(zai)PCHE中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)特(te)性(xing)(xing)，發現當(dang)(dang)保持壓(ya)(ya)力(li)(li)和(he)(he)(he)(he)(he)流量(liang)(liang)(liang)一定時(shi)改(gai)變冷(leng)側(ce)(ce)入口溫(wen)度對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)PCHE熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)功(gong)(gong)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響比熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)側(ce)(ce)大(da)，而(er)若要(yao)(yao)改(gai)變熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)或(huo)流量(liang)(liang)(liang)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)PCHE熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)功(gong)(gong)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響比改(gai)變冷(leng)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)。吳家(jia)榮等(deng)(deng)人(ren)(ren)[77]利用(yong)(yong)有限元方(fang)法(fa)(fa)對(dui)(dui)(dui)(dui)(dui)PCHE的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應力(li)(li)進(jin)行(xing)分(fen)(fen)(fen)析(xi)，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)由于壓(ya)(ya)力(li)(li)和(he)(he)(he)(he)(he)溫(wen)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)同(tong)作用(yong)(yong)使(shi)芯體受到(dao)(dao)應力(li)(li)，可通(tong)(tong)過(guo)增大(da)半(ban)圓截(jie)面尖角通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圓弧半(ban)徑來減小應力(li)(li)。丁源(yuan)等(deng)(deng)人(ren)(ren)[78]設(she)計(ji)了(le)1MW SCO2光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)發電系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器，主(zhu)要(yao)(yao)比較了(le)直(zhi)型(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)(he)(he)翼(yi)(yi)型(xing)(xing)(xing)兩種(zhong)翅片，得(de)(de)(de)到(dao)(dao)在(zai)(zai)(zai)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)量(liang)(liang)(liang)、水力(li)(li)直(zhi)徑、通(tong)(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)均(jun)(jun)相同(tong)時(shi)，翼(yi)(yi)型(xing)(xing)(xing)比直(zhi)型(xing)(xing)(xing)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)都要(yao)(yao)好。

表5分(fen)段(duan)設(she)計結(jie)果(guo)和(he)實驗結(jie)果(guo)對比

07

總結

SCO2布雷頓循環(huan)作為一種新興的發(fa)電循環(huan)受(shou)到了廣泛研究，主要包(bao)括以下幾部分：

(1)將用于布(bu)雷頓循環的(de)工質進行比較，得到SCO2與布(bu)雷頓循環最合(he)適，不僅(jin)效率(lv)高且安全(quan)綠色無毒。

(2)基(ji)于(yu)光熱發電系(xi)統比較了SCO2布雷頓循(xun)環(huan)(huan)(huan)與(yu)水蒸氣朗肯循(xun)環(huan)(huan)(huan)和SCO2朗肯循(xun)環(huan)(huan)(huan)的效(xiao)率(lv)，得(de)到(dao)SCO2布雷頓循(xun)環(huan)(huan)(huan)與(yu)光熱發電結(jie)合更具有(you)優勢(shi)。

(3)基于光(guang)熱發電(dian)系統比較了SCO2布雷(lei)頓循環的結構，得到再壓縮循環既簡單又高效，更(geng)適合光(guang)熱發電(dian)系統。

(4)對基于光熱(re)發(fa)電系統的SCO2布(bu)雷頓循(xun)環的關鍵參數進行了優化，發(fa)現參數之間存在耦(ou)合關系，需要均達到最優才(cai)可使循(xun)環效率(lv)達到最佳。

(5)對SCO2布(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環的(de)(de)設(she)備(bei)進行了研(yan)究，有透平、壓(ya)縮機和換熱(re)器，其中PCHE作(zuo)為一種新型(xing)的(de)(de)換熱(re)器值得多(duo)關注。但目前看來(lai)結合光(guang)熱(re)發電系統對SCO2布(bu)雷(lei)頓(dun)循(xun)環設(she)備(bei)分析的(de)(de)較少，后續可多(duo)研(yan)究。

本文作者 | 李光霽 付亞男

來源 | 汽輪機技術

參考資料：

[1] KATO Y,NITAWAKI T,MUTO Y.Medium temperature carbon dioxide gas turbine reactor[J].Nuclear Engineering and Design,2004,230(1-3):195-207．

[2] SANCHEZ D,DE ESCALONA J M,CHACARTEGUI R,et al.Acomparison between molten carbonate fuel cells based hybrid systems using air and supercritical carbon dioxide Brayton cycles with state of the art technology[J].Journal of Power Sources,2011,196(9):4347-4354．

[3] UUSITALO A,AMELI A,TURUNEN-SAARESTI T.Thermodynamic and turbomachinery design analysis of supercritical Brayton cycles for exhaust gas heat recovery[J].Energy,2019,167:60-79．

[4] COCO-ENRíQUEZ L,MU?OZ-ANTóN J,MARTíNEZ-VALJ.New text comparison between CO2and other supercritical working fluids (ethane,Xe,CH4and N2) in line-focusing solar power plants coupled to supercritical Brayton power cycles[J].International Journal of Hydrogen Energy,2017,42(28):17611-17631．

[5] NEISES T,TURCHI C.A comparison of supercritical carbon dioxide power cycle configurations with an emphasis on CSP applications[J].Energy Procedia,2014,49:1187-1196．

[6] PARK S,KIM J,YOON M,et al.Thermodynamic and economic investigation of coal-fired power plant combined with various supercritical CO2Brayton power cycle[J].Applied Thermal Engineering,2018,130:611-623．

[7] HANAK D P,MANOVIC V.Calcium looping with supercritical CO2cycle for decarbonisation of coal-fired power plant[J].Energy,2016,102:343-353．

[8] 曹(cao)春輝．基(ji)于(yu)塔(ta)式熱發(fa)電系(xi)統的超臨界二氧化碳布(bu)雷頓循環優(you)化與分(fen)析[D]．天津：天津大學(xue)，2018．

[9] 吳(wu)毅，王佳瑩(ying)，王明坤，等．基于超臨(lin)界(jie)CO2布雷頓(dun)循環的(de)塔式(shi)太(tai)陽能集熱發電系(xi)統[J]．西安交通大(da)學學報，2016,50(5):108-113．

[10] 楊雪．基于超臨(lin)界CO2布雷(lei)頓循環的塔式太陽能(neng)熱電(dian)站(zhan)的熱性(xing)能(neng)分析[D]．北京：華(hua)北電(dian)力大學(xue)，2018．

[11] TURCHI C S,MA Z,DYREBY J.Supercritical carbon dioxide power cycle configurations for use in concentrating solar power systems[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2012,44717:967-973．

[12] ZHANG X-R,YAMAGUCHI H,UNENO D,et al.Analysis of a novel solar energy-powered Rankine cycle for combined power and heat generation using supercritical carbon dioxide[J].Renewable Energy,2006,31(12):1839-1854．

[13] NIU X-D,YAMAGUCHI H,IWAMOTO Y,et al.Optimal arrangement of the solar collectors of a supercritical CO2-based solar Rankine cycle system[J].Applied thermal engineering,2013,50(1):505-510．

[14] 張(zhang)玉偉．太(tai)陽能(neng)集熱器中超臨界CO2傳熱行為(wei)及朗肯循環[D]．大(da)連(lian)：大(da)連(lian)理工大(da)學(xue)，2012．

[15] 向沖．以超臨(lin)界(jie)CO2為工質(zhi)的朗(lang)肯循環及傳熱模擬(ni)[D]．大連：大連理工大學(xue)，2011．

[16] DOSTAL V,DRISCOLL M J,HEJZLAR P.A supercritical carbon dioxide cycle for next generation nuclear reactors[R].MIT-ANP-TR-100,2004．

[17] NEISES T W,TURCHIiC S.Supercritical CO2power cycles:design considerations for concentrating solar power[C]//4th International Symposium-Supercritical CO2Power Cycles,Pittsburgh,PA,Sept.2014:9-10．

[18] AL-SULAIMAN F A,ATIF M.Performance comparison of different supercritical carbon dioxide Brayton cycles integrated with a solar power tower[J].Energy,2015,82:61-71．

[19] PADILLA R V,TOO Y C S,BENITO R,et al.Exergetic analysis of supercritical CO2Brayton cycles integrated with solar central receivers[J].Applied Energy,2015,148:348-365．

[20] BINOTTI M,ASTOLFI M,CAMPANARI S,et al.Preliminary assessment of SCO2power cycles for application to CSP solar tower plants[J].Energy Procedia,2017,105:1116-1122．

[21] WANG K,LI M-J,GUO J-Q,et al.A systematic comparison of different S-CO2Brayton cycle layouts based on multi-objective optimization for applications in solar power tower plants[J].Applied energy,2018,212:109-121．

[22] 王雅倩．塔(ta)式太(tai)陽能與超臨界二氧(yang)化碳布雷頓循環集成系統的分析優化[D]．北(bei)京：華(hua)北(bei)電力大(da)學，2019．

[23] 李佩蔚．SCO2布雷頓循環系(xi)統構建(jian)及在太(tai)陽能發電系(xi)統中的應用[D]．南京：東南大學，2020．

[24] 袁曉旭，張小(xiao)波．光熱電站采用超臨界(jie)二(er)氧化碳布(bu)雷頓循環發電系(xi)統論證[J]．東方汽輪機，2021(1):33-38．

[25] TURCHI C S,MA Z,NEISES T W,et al.Thermodynamic study of advanced supercritical carbon dioxide power cycles for concentrating solar power systems[J].Journal of Solar Energy Engineering,2013,135(4）．

[26] MOHAGHEGHI M,KAPAT J.Thermodynamic optimization of recuperated S-CO2Brayton cycles for solar tower applications[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2013,55133:V002T07A013．

[27] 朱含慧，王坤，何雅玲．直接式S-CO2塔式太陽(yang)能熱(re)(re)發電系(xi)統光(guang)-熱(re)(re)-功(gong)一體化熱(re)(re)力學(xue)分析[J]．工(gong)程熱(re)(re)物理學(xue)報，2017,38(10):2045-2053．

[28] IVERSON B D,CONBOY T M,PASCH J J,et al.Supercritical CO2Brayton cycles for solar-thermal energy[J].Applied Energy,2013,111:957-970．

[29] 周昊(hao)，裘閏超(chao)，李亞威．基(ji)于超(chao)臨界CO2布(bu)雷(lei)頓再壓縮循環的塔式(shi)太陽能光熱(re)系(xi)統關鍵參(can)數的研究[J]．中國電機工程學報，2018,38(15):4451-4458,645．

[30] 陳建生，梁穎宗，羅(luo)向龍(long)，等．塔式太(tai)陽(yang)能-超(chao)臨(lin)界(jie)CO2發電(dian)系統集成與優化[J]．南方能源建設，2020,7(1):1-7．

[31] ABID M,KHAN M S,et al.Comparative energy,exergy and exergo-economic analysis of solar driven supercritical carbon dioxide power and hydrogen generation cycle[J].International Journal of Hydrogen Energy,2020,45(9):5653-5667．

[32] GARG P,KUMAR P,SRINIVASAN K.Supercritical carbon dioxide Brayton cycle for concentrated solar power[J].The Journal of Supercritical Fluids,2013,76:54-60．

[33] 何欣(xin)欣(xin)，薛志恒(heng)，等．間接(jie)式(shi)超(chao)臨(lin)界二氧化碳塔式(shi)太陽能熱(re)發電系統仿真優化[J]．熱(re)力發電，2019,48(7):53-58．

[34] 韓中合，趙林飛，韓旭．直接式超臨界二氧化(hua)碳(tan)再壓縮塔式光熱(re)發電(dian)(dian)系(xi)統關鍵參數(shu)優化(hua)[J]．熱(re)力發電(dian)(dian)，2021,50(10):21-29．

[35] 王智，閆銳(rui)鳴，等．再壓縮S-CO2塔式光熱發電系統模(mo)擬及參數(shu)優化[J]．汽輪機技術，2021,63(6):422-426．

[36] 沈涵(han)孜，馮靜(jing)，聶(nie)會建，等．基(ji)于塔式光(guang)熱的(de)S-CO2布雷頓循環關(guan)鍵參數優化(hua)[J]．能源與節(jie)能，2022(3):7-11．

[37] 王雪，孫恩慧，等(deng)．超臨(lin)界(jie)二氧化碳循環關鍵部件成本模(mo)型(xing)研究進展(zhan)[J]．中國電機(ji)工程學報，2022,42(2):650-663．

[38] MOORE J,CICHS,DAY M,et al.Commissioning of a 1 MWe supercritical CO2test loop[C]//The 6th International Supercritical CO2Power Cycles Symposium.2018．

[39] MOORE J,DAY M,CICH S,et al.Testing of a 10MWe supercritical CO2turbine[C]//Proceedings of the 47th Turbomachinery Symposium.Turbomachinery Laboratory,Texas A&MEngineering Experiment Station,2018．

[40] LEE J,LEE J I,AHN Y,et al.Design methodology of supercritical CO2Brayton cycle turbomachineries[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2012,44717:975-983．

[41] SCHMITT J,WILLIS R,AMOS D,et al.Study of a supercritical CO2turbine with TIT of 1350 K for Brayton cycle with 100 MWclass output:aerodynamic analysis of stage 1 vane[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2014,45660:V03BT36A019．

[42] 劉長春，彭建強，張宏濤，等(deng)．超臨界(jie)CO2透平選材初探[J]．東方汽輪機，2021(2):50-53,67．

[43] 張少鋒，趙磊(lei)，陳健，等．超(chao)臨界二氧化碳布雷(lei)頓循環(huan)發電系統(tong)，CN212614894U[P/OL]．

[44] 王鵬亮，成(cheng)科，金(jin)鼎銘．超臨界二氧化碳布雷頓循環系統(tong)，CN216278058U[P/OL]．

[45] CHO J,CHOI M,et al.Development of the turbomachinery for the supercritical carbon dioxide power cycle[J].International Journal of Energy Research,2016,40(5):587-599．

[46] ODABAEE M,SAURET E,HOOMAN K.CFD simulation of a supercritical carbon dioxide radial-inflow turbine,comparing the results of using real gas equation of estate and real gas property file;proceedings of the Applied Mechanics and Materials,F,2016[C].Trans Tech Publ．

[47] 周奧錚，李(li)雪松(song)，任曉(xiao)棟，等．基(ji)于向心透平效率預(yu)測的超臨界(jie)二氧化(hua)碳循環的熱(re)(re)力學(xue)分(fen)析[J]．工程熱(re)(re)物理學(xue)報，2020,41(12):2891-2899．

[48] 王(wang)春陽．70MW級超臨界二氧化碳(tan)閉式布(bu)雷頓循環向心透平(ping)設計分析[D]．哈爾(er)濱(bin)(bin)：哈爾(er)濱(bin)(bin)工業大學，2020．

[49] 王巧珍(zhen)．7.5MW超臨界(jie)二氧(yang)化碳向心(xin)透平氣動設計及性(xing)能分析[D]．北京：華北電力大學，2021．

[50] 呂國川，王(wang)曉放，祝暢，等．MW級超(chao)臨界二氧化碳(tan)向心渦輪設計及分析[J]．工程熱物理學報(bao)，2022,43(1):67-73．

[51] 趙(zhao)攀，溫玉聰，等(deng)．超臨界二氧化碳向心透平設計(ji)與熱流固耦合研究[J]．西安(an)交通大學學報，2022,56(11):83-94．

[52] UTAMURA M,HASUIKE H,et al.Demonstration of supercritical CO2closed regenerative Brayton cycle in a bench scale experiment[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2012,44694:155-164．

[53] RINALDI E,PECNIK R,COLONNA P.Steady state CFD investigation of a radial compressor operating with supercritical CO2[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2013,55294:V008T34A008．

[54] BEHAFARID F,PODOWSKI M Z.Modeling and computer simulation of centrifugal CO2compressors at supercritical pressures[J].Journal of Fluids Engineering,2016,138(6）．

[55] SHAO W,WANG X,YANG J,et al.Design parameters exploration for supercritical CO2centrifugal compressors under multiple constraints[C]//Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air.American Society of Mechanical Engineers,2016,49873:V009T36A008．

[56] Du Y,Yang C,Wang H,et al.One-dimensional optimisation design and off-design operation strategy of centrifugal compressor for supercritical carbon dioxide Brayton cycle[J].Applied Thermal Engineering,2021,196:117318．

[57] 劉朝(chao)陽，童志庭，鞠鵬(peng)飛(fei)，等．葉頂間隙對超臨(lin)界二氧化碳(tan)離(li)心壓縮機氣(qi)動性能影響研究[J]．汽輪機技術，2022,64(3):183-186,176．

[58] 朱玉銘，梁世強，等(deng)．超臨界CO2兩級離心式壓縮機實驗研究[J]．中國電(dian)機工程學報，2022,42(24):8933-8942．

[59] 曹潤，李(li)志剛，李(li)軍(jun)，等．具(ju)有密封結構的超臨界二氧化碳離心壓縮機(ji)特(te)性(xing)研究[J]．西安交通大(da)學(xue)學(xue)報，2022,56(4):127-137．

[60] 尚鵬旭，童志(zhi)庭(ting)，鞠(ju)鵬飛，等．S-CO2離(li)心壓縮(suo)機不同(tong)進口條(tiao)件(jian)流場分析[J]．工程(cheng)熱物理學報，2023,44(4):968-976．

[61] 王均，孫旭(xu)，青春．印刷(shua)板式換熱器在荔灣3-1氣田(tian)中的應用(yong)[J]．油氣田(tian)地面工程，2012,31(12):101-102．

[62] SERRANO I,CANTIZANO A,LINARES J,et al.Modeling and sizing of the heat exchangers of a new supercritical CO2Brayton power cycle for energy conversion for fusion reactors[J].Fusion Engineering and Design,2014,89(9-10):1905-1908．

[63] 李(li)東芳．高壓換熱器在(zai)大(da)型(xing)海上固定平臺(tai)應用的(de)選型(xing)研究[J]．石油和化工設備，2017,20(6):58-61．

[64] NIKITIN K,KATO Y,NGO L.Printed circuit heat exchanger thermal-hydraulic performance in supercritical CO2experimental loop[J].International Journal of refrigeration,2006,29 (5):807-814．

[65] SAEED M,BERROUK A S,SIDDIQUI M S,et al.Effect of printed circuit heat exchanger's different designs on the performance of supercritical carbon dioxide Brayton cycle[J].Applied Thermal Engineering,2020,179:115758．

[66] NGO T L,KATO Y,NIKITIN K,et al.Heat transfer and pressure drop correlations of microchannel heat exchangers with S-shaped and zigzag fins for carbon dioxide cycles[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2007,32(2):560-570．

[67] KRUIZENGA A,ANDERSON M,FATIMA R,et al.Heat transfer of supercritical carbon dioxide in printed circuit heat exchanger geometries[J].Journal of Thermal Science and Engineering Applications,2011,3(3）．

[68] KRUIZENGA A,LI H,ANDERSON M,et al.Supercritical carbon dioxide heat transfer in horizontal semicircular channels[J].Journal of Heat transfer,2012,134(8）．

[69] MOHAMMED R H,ALSAGRI A S,WANG X.Performance improvement of supercritical carbon dioxide power cycles through its integration with bottoming heat recovery cycles and advanced heat exchanger design:a review[J].International Journal of Energy Research,2020,44(9):7108-7135．

[70] 李磊，楊劍(jian)，等(deng)．印刷電(dian)路板(ban)通道的高溫傳熱(re)(re)和(he)阻力(li)特性研究[J]．工程(cheng)熱(re)(re)物(wu)理學報(bao)，2014,35(5):931-934．

[71] 李凈松，張巍，王聰(cong)，等．回熱(re)器(qi)尺寸對(dui)再壓縮(suo)式超臨界二氧化碳(tan)布雷(lei)頓循(xun)環(huan)特性的影響[C]//第十六(liu)屆(jie)全國反應(ying)堆熱(re)工流(liu)體(ti)學術(shu)會(hui)議暨中核(he)核(he)反應(ying)堆熱(re)工水(shui)力技術(shu)重點實驗室2019年學術(shu)年會(hui)論文(wen)集．2019．

[72] 高毅超，夏文凱，等．管(guan)徑和轉折角對Z型PCHE換熱(re)及壓降(jiang)影(ying)響(xiang)的研究[J]．熱(re)能動力工程(cheng)，2019,34(2):94-100．

[73] 徐(xu)婷(ting)婷(ting)，趙紅霞(xia)，韓吉田，等．結構和工況參數對印(yin)刷(shua)電(dian)路板式(shi)換熱器性(xing)能的影響(xiang)[J]．熱力發(fa)電(dian)，2020,49(12):28-35．

[74] 范世望，朱(zhu)郁波，周璐(lu)，等．基于開源(yuan)求解工具(ju)的超臨界二氧化碳印(yin)刷電路板式換熱器(qi)流動(dong)傳熱特性數值研究(jiu)[J]．科學技術與(yu)工程，2021,21(27):11587-11594．

[75] 史陽(yang)，周(zhou)敬之，淮(huai)秀蘭，等．超臨界CO2印刷電路板式換(huan)熱器實(shi)驗(yan)研究及費用評估[J]．中國電機工程(cheng)學報，2021,41(19):6529-6537．

[76] 劉凱，明楊，胡朝營(ying)，等．印刷(shua)電路(lu)板換(huan)熱(re)器(qi)中S-CO2換(huan)熱(re)特性數值分析[J]．哈爾濱(bin)工程(cheng)大學學報(bao)，2021,42(12):1777-1785．

[77] 吳家榮，李紅智，楊玉，等．超臨界二氧化碳(tan)動(dong)力循環中(zhong)印刷電路板換(huan)熱(re)器芯體機(ji)械應(ying)(ying)力和熱(re)應(ying)(ying)力耦合分析[J]．中(zhong)國電機(ji)工(gong)程學報，2022,42(2):640-650．

[78] 丁源(yuan)，童自翔，王文(wen)奇，等．超臨界二氧化(hua)碳印刷電(dian)路板式換熱(re)器設(she)計及應(ying)用研(yan)究(jiu)[J]．工程熱(re)物理學(xue)報(bao)，2022,43(5):1351-1356.