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压缩空气储能系统节流效应研究

更新时间:2009-03-28

符 号

Q ——热量,J

E ——总能,J

通过单因素试验和正交试验,浸提刺葡萄皮花青素的最优工艺条件为盐酸溶液质量分数0.6%,料液比1∶20,浸提温度40℃,浸提时间40 min,浸提次数2次。试验以0.6%的盐酸溶液为浸提溶剂,2次浸提,能较完全浸提出刺葡萄皮花青素。而且,该工艺具有工艺简单、成本低、提取效率高等优点。

人力资源管理专业人才培养为例,需要人力资源管理专业人才的行业,既有咨询业,也有制造业、服务业、金融业等,各行业对人力资源管理专业人才的能力要求程度不同。而在同一行业内,由于企业人力资源管理发展的程度不同,对人员能力需求也有差异。将这些离散化、小批量的需求集中为批量化的需求,是共享平台需要解决的关键问题。

h ——焓,J

m ——质量,kg

v ——速度,m/s

z ——重力场中的高度,m

g ——重力加速度,m2/s

Wi ——内部功,J

3个咖啡产区之间咖啡豆中咖啡酸含量差异不大;保山市较临沧市及普洱市在绿原酸、葫芦巴碱、D-(-)-奎宁酸含量均偏高,临沧市、普洱市之间差异不大,说明不同产地的小粒咖啡因生长的海拔、气候、土壤等不同,咖啡中化学成分含量存在差异。在进行不同地区的咖啡品质评价时,增加绿原酸、葫芦巴碱、咖啡酸、D-(-)-奎宁酸等指标的评价,能更加客观、科学、全面地分析咖啡豆的质量品质。

气体膨胀发电,做功w为:

U ——热力学能,J

目前世界上商业运行的CAES电站有两座,第一座是德国Huntorf电站,运行效率为42%;第二座是美国阿拉巴马州的McIntosh电站,效率为54%。两座电站的运行效率均不高,并且系统在释能发电过程中,由于储气室压力的变化,导致了系统的变工况问题。国内外学者对CAES做了很多研究:张新敬等分析了系统压气机、膨胀机、换热器等部件对系统的影响[6,7];张磊研究了机电转换部分和机械能压缩部分损耗[8];Adriano等研究了压气机和透平机的性能和级数对系统的影响[9,10];Beeman 研究了环境湿度和温度变化对系统效率的影响[11]。以上研究集中在主要部件、参数等对系统效率的影响,而对稳压节流阀对储能系统性能的影响规律研究未见报道。为此,本文基于热力学定律,对该问题展开研究。

cv ——定容比热容,J/(kg·K)

T ——热力学温度,K

V' ——比体积,m3/kg

南宋末年,北方金国与西北西夏借机大举进攻宋朝,使得两宋时期外部压力巨大,抵抗外虏的重任落到了民族英雄岳飞肩头,在他的带领下,岳家军数次击溃金国进攻,大涨宋军士气,为南宋赢得尊严。这其中岳飞手下大将杨再兴以万夫不当之勇,在战场上横扫金军,表现得尤为突出。然在郾城大战中,杨再兴身负重伤,为国捐躯。郾城大战及杨将殉国处,是为小商桥。桥东北300米处有杨再兴墓,村内有杨再兴祠堂。

k ——绝热指数

p ——绝对压力,Pa

“千年古肇州,百年老街基”。在肇州,“老街基”具有浓厚的文化底蕴。为了弘扬“老街基文化”,在注册公司时又登记了“老街基”这个名字。从此,“老街基农副产品有限公司”诞生了。“老街基”这个在肇州富有浓重文化色彩和历史渊源,尘封百年的三个字便与张雪松结下了永久之缘。

τ ——充放气的时间常数

T5 ——气体温度

p5,p6 ——放气开始、结束时压力

T7,T8 —— 减压前、后的气体温度

p7,p8 ——减压前、后的气体压力

V ——储气室的体积,m3

E ——相对误差

顾名思义,启发式教学主要是指教师利用诱导和启发的方式来传授知识的方法,在启发式教学的过程中,学生成为了课堂的主体,而教师更多的是起到引导作用,这对于提高学生的自主探究能力具有十分重要的积极影响。可见,这种教学方法与新课标的理念是极为符合的。因此,教师应该对启发式教学的理念进行一定的研究,并将其应用于教学的全过程当中,这样一来,可以使教学质量慢慢提高。为此,本文将结合以下三个方面来阐述启发式教学的应用。

s ——放气回路的有效截面积,m2

μJ ——焦-汤系数

Vm——摩尔体积,m3/mol

R——摩尔气体常数,J/(mol·K)

Rg——气体常数,J/(kg·K)

Z——压缩因子

pb——透平背压,Pa

ω——空气的偏心因子

η——总效率

ER——系统电耗

HR——系统热耗

ηe——电能效率

Wt——透平的输出功

Wc——压气机的耗功

ηsys——热能效率

n——多变因子

下 标

CV——控制体积

out——出口参数

c——临界参数

in——进口参数

采用节流阀时,即从储气室出来的空气先经过节流阀降压,再经过燃烧室加热,然后进入透平做功,所做总功W2为:

推荐理由:本书以宏大的视角、激情澎湃的语言,用52万余字的篇幅,梳理了这支战略部队的历史,对其发展史上的节点予以了浓墨重彩的关注与描述。前后几代国家领导人、中国科学家、军队实际负责人在这支战略部队从筹建、初见规模、发展壮大等不同阶段的高瞻远瞩、擘划决策、呕心沥血均写得入木三分,传神感人。对普通的建设者,平凡乃至于无名英雄的关注、讴歌,则有力地表明了,中国火箭军无论其前身、现在与以后,都是全体国人心之所系的国之重器。

1 前言

随着传统化石燃料的枯竭与其燃烧带来环境污染问题的日益严重,可再生能源装机规模正逐年持续增长,例如2016年风电新增装机容量2337万kW,累计装机容量达到1.69亿kW[1]。但由于可再生能源的波动性、随机性,以及现有电网的调峰能力等方面的原因,导致极其严重的弃风、弃光和弃水现象。严酷的现实,迫切需要高效的大规模电能储存技术。至目前为止,世界上能够被实际应用的100MW级及以上的大规模储能技术,只有抽水蓄能(PHS)和压缩空气储能(CAES)2 种方式[1,2]。相对于 PHS,CAES 受地域限制较小,安全可靠,经济性优良,并且对环境影响小,具有非常大的市场潜力[3~5]

cp ——定压比热容,J/(kg·K)

2 压缩空气储能系统模型

本文采用的带节流稳压阀的压缩空气储能系统如图1所示,压气机和透平均为三级。其工作原理是储能时,压气机耗用可再生能源的电能将空气压缩,经冷却器冷却后储存在储气罐内;发电时,高压空气从储气室内释放,经节流稳压阀减压至一固定压力后,经回热器、燃烧器加热至一定温度,随后进入透平膨胀机中发电。在此工作过程中,储气罐内的气体质量随着压气机的充气和透平膨胀机的放电,其温度和压力都会产生相应的变化,从而导致能量的消耗。本文计算采用的系统在发电模块中加入了节流稳压装置,克服了透平膨胀机在发电时变工况问题,其对系统的影响,在下文中予以详细讨论。

  

图1 带节流稳压阀压缩空气储能系统

3 理论分析

过程中放气的比焓等于该瞬时容器内气体的比焓,即hout=h。所以:

3.1 放气过程

在此过程中,储气罐内压缩空气被释放出来进入透平膨胀机内发电,随着储气罐内气体质量的改变,压力和温度也会产生变化。取容器内空间为控制体积,由热力学第一定律可得:

 

排气时,当气体的动能和位能可忽略不计时,控制体积的储存能只有热力学能,其能量方程为:

 

设控制体边界为绝热壁,;不对外做功,;没有气体流入,故,方程简化为:

 

微元过程中放气量等于控制体积内气体的减少量,故质量方程为:

 

本文虽重点研究节流效应,但因为节流与放气过程密不可分,因此,先分析放气过程。

 

即mdu+udm=hdm。整理得:

 

对于理想气体而言,,代入式(6),得:

 

又由理想气体的状态方程 的微分形式,且,则:

 

比热容取定值积分,即得:

 

考虑实际情况为:容器壁有换热,气体为真实气体等。放气过程应为多变过程,且多变因子变化。

由文献[12]可知,放气时间和压力的关系可表示为:

 

其中

3.2 节流过程

在系统中,加入节流稳压装置,以期改变发电时透平膨胀机的变工况问题。由文献[8]可知,高压流体节流膨胀后,由于压力变化而引起温度变化,称之为节流效应或焦耳-汤姆逊效应,节流膨胀时,微小的压力变化引起的温度变化,称之为焦耳-汤姆逊效应系数或微分节流效应系数,用μJ表示:

《岳麓书院历史简表》记载:“太平军过长沙,书院毁半。同治七年(1868年),巡抚刘崐大修。”刘崐任湖南巡抚4年半时间,大规模修复扩建了岳麓书院,还使城南书院、湖南贡院等湖湘文化重要传承地焕然一新。天心阁、谷山汉墓陵园、云麓宫、爱晚亭、风雩亭、牌楼口、邓禹墓等人文古迹也在刘崐主持下修葺一新,至今仍为湖南风景胜地。

从外在建制来看,治安学学科的外在建制尚未健全。目前,我国治安学已经形成了较大的教育规模和较完善的教育层次体系。全国绝大多数的公安高等院校设有治安系,本科院校开设治安学专业的有24所(公安院校 16所,地方和政法院校8所),[25]已经形成了多层次的治安学教育层次体系,包括博士、硕士、专业硕士、本科、高职高专各个层次的教育,招生规模已经达到数千人。但在专门的学会、独立的研究院所、专门的刊物和出版机构、图书馆中专设的图书序号等方面还需从零开始。

 

因为:

 

又因为节流过程为等焓过程,所以:

 

对理想气体而言,始终有,因此节流前后温度不变,对于真实气体而言,焦耳-汤姆逊系数可由下式表示:

 

结合上式,可得真实气体减压前后压力的温度变化为:

 

3.3 节流稳压对系统的影响

由理想气体的状态方程:

 

储气室放气时,压力和温度的关系为:

 

为计算方便把这个常数用字母表示,则由式(16),(17)可得:

易非在想,妈到底是真糊涂还是装糊涂?她不能这么坑她吧?可房价飞涨,她是知道的啊!特别是风城,以前大城市房价疯涨的时候,没怎么动,大城市停歇了,它反而一直不停往上蹭。她买菜时也接到过几张宣传单,回来后,她坐在沙发上戴着老花镜研究了半天,然后叹息一声,说:要是在你买房时买了就好了!这……这这……

互联网引入教育领域促进继续教育模式的变化,打破学习者资源限制,并摆脱了学习时空制约,使学习者可以在自身教育完成后根据需要选择继续教育,进而实现终身学习。而互联网和终身学习融合的趋势逐渐明显,拓展了继续教育的发展空间。

 

期中考试后,蒋海峰得了奖学金,请水仙芝吃饭,在学校外面的暖水阁,紫云作陪。火锅燃起,对坐一方小桌,心灵的距离,近在咫尺。他那鹰隼般的目光,静默在灯影里。

 

不采用节流阀时,即从储气室出来的空气直接经过燃烧室加热,然后进入透平膨胀做功,所做总功W1为:

 

r——对比参数

 

3.4 实际气体对系统的影响

在进行系统理论计算时,为了计算方便,一般假设空气为理想气体,实际上,理想气体与实际气体有一定偏差,通常用压缩因子Z来表示。

 

引入对比压力,对比摩尔体积,对比温度的概念:

 

本文计算采用的压缩因子由R-K-S方程来计算,其状态方程式的形式为:

——近日,中共中央办公厅印发《关于深化中央纪委国家监委派驻机构改革的意见》,对此,中国政法大学副校长马怀德表示,推进全面从严治党,责任主体在驻在部门党组(党委),派驻机构作为纪委监委的重要组成部分,通过实施有效监督,督促驻在部门党组(党委)履行应尽之责。(《中国纪检监察报》11月5日)

 

其中

 
 

将方程式(25)乘以V/RT并带入压缩因子定义式得:

 

3.5 系统评价指标

由于压缩空气储能系统有两个方面的能量输入,分别为储能阶段压气机消耗的电量和发电阶段进入膨胀透平前消耗的燃料热量,这两种输入的能量品质不同,因此压缩空气储能系统的评价指标有别于传统电站。以下是一些常用的压缩空气储能电站的评价指标。

系统总效率η

 

电耗ER:

 

热耗HR:

 

电能效率ηe

 

4 计算结果与分析

4.1 节流过程

图2为节流前温度323 K,压力由4 MPa递减到2.2 MPa;节流到2 MPa时,节流阀中温度随压力的变化情况。图3为节流前压力为4 MPa,温度分别为303,308,313,318,323 K;节流到2 MPa时,节流阀中温度随压力的变化情况。

图2,图3中的曲线都呈下降的趋势,由图2可知,节流前同等压力情况下,随着节流后压力降低,节流阀中温度逐渐下降;节流前同等温度下,当节流到同等压力时,其温度随着初始压力的增大而降低。由图3可知,节流前同等温度情况下,随着节流后压力降低,节流阀中温度也逐渐下降;节流前同等压力下,当节流到同等压力时,其温度随着初始温度的升高而升高,其差值近似不变。

  

图2 不同压力对节流的影响

4.2 放气并节流过程

由压缩空气储能的系统图可知,空气从储气室出来后再节流,储气室出来的空气的压力和温度是变化的,因此,进入节流阀的空气的压力和温度也是变化的,调节节流阀将其均节流到2 MPa,对放气过程可取多变因子n=1.1,将放气过程和节流过程联合起来模拟,可得图4。

图4中,虚线表示节流阀入口温度和压力一定情况下,节流到2 MPa的过程;其余曲线表示节流阀入口气体的温度和压力变化情况。分析可知,节流阀入口气体的温度和压力不断降低,节流之后,其温度和压力也逐渐降低,并且,其入口和出口温度及压力的差值不断减小。

  

图4 储气室放气并节流过程

4.3 节流稳压对系统的影响

不采用节流阀,进透平气体的压力为4~2 MPa;采用节流阀,即进透平气体的压力恒为2 MPa,温度为873 K。透平背压为0.12 MPa。

两者做的总功相对误差E为:

 

由此可见,节流稳压阀会使系统损失部分输出功,但对系统的能量转换效率影响较小,并且改善了发电时的变工况问题。

4.4 实际气体对系统的影响

图5为采用R-K-S方程得出的空气压缩因子。其中温度的计算步长为1 K,压力的计算步长为1 kPa。

  

图5 空气的压缩因子

为了进一步说明实际气体的影响,根据已确定系统的各节点及设备的参数可求出压气机压缩功、透平膨胀功和气体质量等,如表1所示。

 

表1 实际气体仿真结果

  

所得系统性能参数与理想计算的差别如表2所示。

 

表2 实际气体计算的系统性能

  

由以上的计算结果可见,用实际算出的系统性能与用理想气体算出来的差距非常小,均在0.3%以内,可以忽略,因此,计算时直接采用理想气体即可。

5 结论

(1)压缩空气储能系统发电过程中,在节流阀出口压力、入口气体温度相同时,压力越低,温降越小;压力相同时,温度越低,温降越小。

(2)节流稳压阀的使用能明显改善发电时的变工况问题,尽管会让系统损失部分输出功,但对系统的能量转换效率影响很小。

(3)在系统运行范围内,压缩因子变化不大,并且系统性能与理想气体相差很小,因此,计算时直接采用理想气体即可。

参考文献

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[2]Yao E,Wang H,Liu L,et al.A Novel Constant-Pressure Pumped Hydro Combined with Compressed Air Energy Storage System[J].Energies,2015,8(1):154-171.

[3]Yao E,Wang H,Wang L,et al.Multi-objective optimization and exergoeconomic analysis of a combined cooling,heating and power based compressed air energy storage system[J].Energy Conversion and Management,2017,138:199-209.

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[5]Yao E,Wang H,Wang L,et al.Thermo-economic optimization of a combined cooling,heating and power system based on small-scale compressed air energy storage[J].Energy Conversion and Management,2016,118:377-386.

[6]张新敬.压缩空气储能系统若干问题的研究[D].北京:中国科学院工程热物理研究所,2011.

[7]李雪梅.先进绝热压缩空气储能系统部件特性对系统性能影响的研究[D].北京:中国科学院工程热物理研究所,2015.

[8]张磊.压缩空气储能系统效率分析[D].北京:北京交通大学,2013.

[9]Adriano Milazzo.Optimization of the Configuration in A CAES-TES System[C].1st International Workshop Shape and Thermodynamics,2008.

[10]郭欢.新型压缩空气储能系统性能研究[D].北京:中国科学院工程热物理研究所,2013.

[11]Beeman,Michael,Design and evaluation of an advanced adiabatic compressed air energy storage system at the Michigan-Utah Mine[D].The University of Utah,2010.

[12]罗语溪.高压气动真实气体效应与减压系统基础理论及实验研究[D].杭州:浙江大学,2011.

 
张淑宇,王焕然
《流体机械》 2018年第04期
《流体机械》2018年第04期文献

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