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所长基金重点培育项目“动力余热驱动功冷联产技术”简介(上)
发稿时间:2013-05-13         作者:隋军 韩巍 孙流莉          来源:分布式供能与可再生能源实验室     【字号:

  分布式能源系统具有高效、环保、经济、可靠和灵活等特点,对我国节能减排战略的实施具有重要作用。目前,欧美国家正在启动的智慧能源革命中,分布式供能是其核心技术。近年来,我国对分布式供能技术的发展也给予了高度重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020)》已将分布式供能技术定位为能源领域的四项前沿技术之一国家能源局在《新兴能源产业发展规划》中将分布式供能技术作为未来能源系统的重要发展方向,计划到2020年装机容量达到5000kW 

  冷热电联供是分布式供能的主要形式,节能是其主要特点。在分布式冷热电联产系统中,燃料燃烧释放出来的高温热量首先通过先进的微小型动力设备发电,中温动力排烟余热通过吸收式制冷(热泵)等方式进一步转换和利用,低温余热用于生产生活热水,实现能的梯级利用。现有的分布式冷热电联供系统中动力余热的利用仍然不够合理,通常动力排烟温度为300500 ,而吸收式制冷机中发生器出口的溶液温度在120 左右,动力排烟余热的利用过程存在很大的换热温差,造成了能量传递过程中很大的不可逆损失,动力排烟余热利用有进一步提高的潜力,进而改善分布式供能系统的热力和经济性能。分布式与可再生能源实验室承担动力余热驱动功冷联产技术所长基金重点培育项目,该项目属于研究所创新2020任务中重点培育方向“多能源互补的分布式供能系统”。根据温度对口,梯级利用的基本原理,探索余热驱动的功冷联产方法,以减少动力余热利用过程中的不可逆损失,提高联供系统的能源利用效率。 

  “动力余热驱动功冷联产技术”项目的总目标为研发具有自主知识产权的余热驱动功冷联产系统设计技术;攻克微小型混合工质透平和制冷技术,建立系统集成实验平台,研制余热驱动功冷联产样机;完成样机性能验证,为分布式冷热电联供系统发展提供关键技术,也为中温工业余热高效转化利用提供新的解决方案。预计2015年完成15 kW发电的样机研制,2020年实现应用示范。 

  该项目采用理论与实验相结合的方法,从关键部件研制和系统设计等方面进行深入研究,并最终完成实验台的建设以及相关的实验工作,为该技术的示范应用提供理论和实验支撑。具体研究内容包括: 

  1)余热驱动的混合工质透平发电技术 

  研发适用于分布式发电和中温余热的混合工质微小型动力发电技术。重点解决高速透平转子与轴系技术难题,同时研究高速透平膨胀机与高速机组的耦合调控技术,研制混合工质的微小型膨胀机和发电机组。 

  2)基于混合工质的余热功冷联产技术 

  研发动力循环与制冷循环耦合集成技术,实现余热梯级利用;分析动力发电系统与制冷系统的相互作用关系,研发工质浓度在线调节的功冷联产系统动态调控技术。 

  3)分布式供能系统集成实验平台 

  研究基于先进动力和余热功冷联产技术的系统集成方法,提出余热梯级利用与全工况调控的分布式供能系统。建立动力余热功冷联产等原创技术集成的分布式供能实验平台,为多能源互补的分布式供能技术开发提供实验研究平台支撑,开展分布式供能系统先进集成技术验证。 

  该项目拟解决的科学问题或关键技术包括: 

  1)混合工质透平关键技术。 

  包括高速轴承-转子匹配的一体化设计技术和耦合调频试验技术;高速柔性轴系的可靠性设计技术;适应混合工质透平的高速气体润滑轴承匹配试验技术;微型燃气轮机转子密封技术等。 

  2)余热功冷联产整机集成技术。 

  包括混合工质透平与吸收制冷的循环耦合技术,实验测试技术;以及多模式、多工况和多功能的系统调控技术等。 

  本项目研发工作从关键技术突破、样机研制、系统集成三个层面展开。在关键技术层面,着重研发高速柔性轴系及其密封技术,余热驱动的混合工质透平发电技术,吸收式循环的工质发生和吸收工艺,以及余热制冷的工质浓度调节技术,为功冷联产样机研制提供关键技术。在研制样机层面,将突破的混合工质透平发电技术和余热制冷技术应用到样机系统设计之中,最后将整机调控技术与功冷联产各部件策略集成应用完成样机研制。在系统集成层面,研究动力循环与制冷循环耦合的能量转化特性及正逆耦合循环设计方法,开展动力与制冷循环的物质、能量与信息流的优化匹配,确定功冷联产样机总体参数,完成包括余热功冷联产的多能源互补分布式冷热电联供系统集成实验平台设计。 

  分布式供能与可再生能源实验室在该领域已具备坚实的理论和实验基础,以及高水平的研发平台支撑。微小型透平已完成空气型透平的小型试验,转速达到60000 rpm以上,达到国内领先水平;混合工质的吸收循环也已完成小型实验验证,功冷联产的循环分析已基本完成。本研究已纳入国家能源局分布式供能技术研发(实验)中心和分布式冷热电联供北京市重点实验室的重点研发技术,同时也作为研究多能源互补的分布式供能系统点培育方向的规划内容,具备技术突破和整机研发的条件。 

 
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