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    动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    成珊, 付毅, 张煌, 王志杰, 陈文, 田红
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    为探究深度调峰超临界直流锅炉火电机组蓄热量对机组供电煤耗的影响,基于机组稳态与非稳态下不同的运行特征,计算了不同工况下锅炉各汽水流程部件的实际蓄热系数,并基于机组实际运行数据计算得到机组供电煤耗,研究了机组实际蓄热系数对供电标准煤耗的影响。以某660 MW超临界机组为例开展了分析。结果表明:在稳态与非稳态下,当机组从100%汽轮机额定负荷工况(THA)降低到30%THA时,金属蓄热系数分别增大135.47%和133.93%,汽水蓄热系数变化不大,实际蓄热系数分别增大80.83%和80.07%,且非稳态下机组的各项蓄热系数均大于稳态时;非稳态下机组供电标准煤耗比稳态时增加了11.76~22.40 g/(kW·h);机组向上调峰过程中实际蓄热系数和供电煤耗均大于向下调峰过程;机组供电煤耗与实际蓄热系数呈强相关性,且随着实际蓄热系数的增大而增大。
  • 动力设备与系统
    瞿丽莉, 杨祖旺, 王毅斌, 金立梅, 吕钊敏, 谭厚章
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    针对循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉低负荷运行时NOx难以达到超低排放标准的难题,提出增加上层二次风以实现分级送风,再优化播煤风、下层二次风及喷氨格栅结构的方法,并且将该方法应用于某350 MW机组。借助计算流体力学和计算颗粒流体力学方法分别对单根落煤管、二次风喷口、尿素喷枪和全尺寸锅炉进行了数值模拟。通过优化播煤风管封堵裕量改善了煤颗粒的抛洒均匀性和空气分级效果;通过新增二次风层及减小二次风喷口角度进一步降低了NOx排放量。全尺寸模拟结果显示,改造后的NO排放质量浓度由264 mg/m3降低至162 mg/m3,降幅达到38.6%,并且燃烧中心上移,炉膛出口烟气温度升高;现场改造结果显示,机组在35%~100%锅炉负荷下均可在不对锅炉效率产生负面影响的基础上实现NOx超低排放,并且受益于炉膛出口烟气温度升高及喷枪改造,尿素耗量可节约40%以上。
  • 动力设备与系统
    史进渊, 谢岳生, 徐佳敏, 邓志成, 杨宇, 范雪飞
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    提出了在多种损伤机理作用下汽轮机部件基于裂纹扩展寿命的制造缺陷安全性评定方法,介绍了汽轮机部件缺陷安全性评定的多种损伤机理。提出了低周疲劳、高周疲劳、蠕变与应力腐蚀等单种损伤机理作用下裂纹扩展寿命及多种损伤机理作用下不同阶段低周疲劳裂纹扩展寿命的计算方法。建立了寿命损伤评价理论模型,构建了汽轮机部件基于裂纹扩展日历寿命、允许初始裂纹尺寸、允许初始缺陷面积的缺陷安全性评定方法。给出了1 000 MW等级核电汽轮机高压转子、低压内缸与低压转子在多种损伤机理作用下缺陷安全性评定的工程应用实例。结果表明:按照传统方法判定报废的缺陷当量直径为2 mm的核电汽轮机转子与汽缸可以安全服役。
  • 动力设备与系统
    彭昊, 沈斌, 戴韧, 陈榴
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    减少叶顶泄漏损失对于提高低雷诺数涡轮气动性能至关重要。通过数值模拟方法,对比了平顶叶尖结构,分析了雷诺数Re在3.5×104~35×104范围内凹槽叶尖间隙内的流动特性。结果表明:当叶栅与机匣存在相对运动时,叶顶泄漏损失在总损失中的占比与雷诺数有关,泄漏损失随着雷诺数的增大而增大;在常规低雷诺数范围内,还存在一个第二临界雷诺数Recr,2=6×104,当Re<Recr,2时,叶顶凹槽不仅无法减少泄漏质量流量,反而会加剧泄漏流与主流的掺混,增大叶顶流场处的流动损失;当Re>Recr,2时,凹槽结构能够有效抑制泄漏质量流量,提升涡轮级效率,在本文计算工况中,效率最大提升幅度可达0.28百分点。
  • 动力设备与系统
    廖志弘, 薛志亮, 樊雨骐, 周永刚, 吴学成
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    为研究叶顶间隙内部流场特征,搭建了平面叶栅实验系统,提出了将超声雾化水雾粒子作为示踪粒子、在测量区域上游导流叶栅入口加载示踪粒子的方案,通过数值模拟研究了示踪粒子加载对流场的影响及其加载特性,开展了流场可视化粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)实验,获得了间隙内部速度场图像。结果表明:示踪粒子加载方案满足PIV流场测量要求,能够获得高分辨率的流场图像;在叶顶间隙上、下游存在低速区,内部中、后段存在高速区,随着主流速度的增加,泄漏流速度增加,在下游的低速区越明显,并且随着距离叶顶高度的增加,内部高速区扩大。
  • 动力设备与系统
    王健, 尚天坤, 王文欢, 姚宁宁, 亢连伟, 韦立明, 许奇宇, 潘卫国
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    为了应对日益严峻的气候变化问题,在全球碳减排的大背景下,无碳燃料的发展面临着巨大的机遇。氨能源的开发是实现"双碳"目标的有效措施,在10 kW(输入功率)甲烷掺氨实验台上,进行了甲烷和氨气掺混扩散燃烧实验研究,并且结合化学反应器网络(CRN)分析了不同输入功率、当量比和掺氨比例等条件下的氨气/甲烷燃烧和排放特性。结果表明:甲烷对氨气的燃烧起到了明显的促进和稳定作用,然而仅掺入热值分数为9.1%的氨气即可使NO排放量急剧增加;采用轴向空气分级策略可显著降低NOx排放和未燃氨气的逃逸,并且随着氨气比例的提高,燃烧室出口温度升高。
  • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    绳晓玲, 王天翔, 程紫瑶, 万书亭
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    为研究风剪切和塔影效应引起的风速分布差异及波浪因素对海上风力发电机组的影响,以Openfast软件中提供的5 MW单桩式海上风机模型作为研究对象,建立了海上风电系统的动态模型,进而输出了在风速分布差异及波浪因素影响下的机械转矩,并进一步结合Matlab/Simulink平台中构建的双馈风力发电机(DFIG)仿真模块进行耦合仿真。结果表明:考虑风速分布差异及波浪因素后,在发电机转速、功率、定子电流以及转子电流的频谱图中均出现了受风速分布差异影响的频率以及波浪频率;不同风况下风速分布差异与波浪因素对转速、功率、定子电流以及转子电流的影响程度不同,并且风剪切、塔影效应和波浪因素之间也互相有耦合影响。
  • 新能源与储能
    王健, 汪茹康, 徐钢, 邓振宇, 张真
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    由于风电出力的波动性和不确定性会极大地影响电力系统的稳定、电网频率和电能质量,提出了一种基于时间尺度自适应小波包的风电波动平抑策略。首先,选取合适的时间尺度来划分时间域,进行自适应小波包分解,并在相邻时间域利用算数平均方法对波动越限的数据进行平抑。其次,综合混合储能特性,利用能量熵差对风电波动功率进行分析,合理地分配波动功率。最后,考虑到储能设备的荷电状态(SOC)及循环使用寿命,采用两阶段模糊控制优化飞轮储能和磷酸铁锂电池的功率输出指令。结果表明:所提出的策略能有效平抑功率波动,更准确地分配混合储能分量,同时能有效降低SOC越限情况,提升电能质量。
  • 新能源与储能
    范士杰, 张伟业, 缪维跑, 闻麒, 李春, 岳敏楠
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    海上漂浮式风力机平台依靠系泊系统的回复力减小平台运动并进行定位,而系泊的结构完整性可通过其力学特性反映,故准确预测系泊系统的张力有助于建立高效、健康的监测系统。基于深度学习方法对系泊张力进行健康监测,为解决数据驱动方法在预测时间序列时丢失物理信息的问题,利用自适应白噪声平均总体经验模态分解(CEEMDAN)与样本熵进行一次模态分解重构,并利用变分模态分解(VMD)与盒维数进行二次分解重构,构建出有效的特征样本集。通过引入注意力机制,并将其与卷积神经网络(CNN)和双向长短期记忆网络(BiLSTM)相结合,构建深度学习预测模型AM-CNN-BiLSTM。结果表明:该模型应用于有效特征样本集时,重分解重构方法能有效提取特征,提升模型预测精度;在各种海况和系泊系统设计方案下,所提模型均能实现精确预测,且预测结果的决定系数R2均不小于0.879,充分证明该方法具有良好的泛化能力。
  • 新能源与储能
    谢七月, 刘瑶, 申忠利, 周育才, 付强, 王晓丽
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    针对目前辐照度预测大多为小时内预测,且仅基于天气分类,没有考虑到一天之间天气的变化以及云类型对辐照度的影响等问题,提出一种基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)-K-means基于密度的聚类算法(KDBSCAN)-Informer的日前辐照度预测方法。首先对原始气象变量进行主成分分析来降低输入数据的维度,再通过CEEMDAN对主成分数据进行分解与重构,然后使用KDBSCAN方法对数据实现天气类型聚类和同一天气条件下云层的聚类,最后根据两层聚类结果,使用Informer模型进行日前直接法向辐照度(DNI)预测。结果表明:通过对云层类型进行分类,以在预测过程中考虑一天的天气变化,晴天日前辐照度预测的决定系数R2达到0.98;相比于常用的辐照度预测方法,整体数据的平均绝对误差降低了32.42 W/m2,均方根误差降低了31.71 W/m2,R2达到0.97。
  • 新能源与储能
    李婧佳, 陈衡, 李童宇, 李金航, 王新菊, 刘可文
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    为解决生物质能源转化效率较低的问题,提出了一种基于气化与热解耦合的新型生物质氢电联产系统。在新系统中,生物质气化与热解产生的合成气驱动燃气轮机发电,再利用燃气轮机的余热将给水加热为高温蒸汽,驱动蒸汽循环中高压与低压汽轮机进行发电。采用热力学仿真软件Aspen Plus对系统进行模拟,并对仿真结果进行热力学分析、经济性分析、敏感性分析和环境分析。结果表明:系统的净功率为8 061.07 kW,发电效率为49.27%,总效率达到45.98%;系统的投资回收期为4.80 a,净现值预计达63 055.59万元。
  • 新能源与储能
    武鑫, 张李希, 胡超, 黄博航, 熊星宇, 马志勇
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    建立了固体氧化物电解池(SOEC)和锂离子电池储能系统模型并分析了各自的瞬态响应特性,提出了SOEC系统的前馈模型预测控制方法。然后,基于连续变分模态分解和变分模态分解方法,结合鲸鱼优化算法(WOA),提出了SOEC-锂离子电池混合储能系统容量优化配置方法。最后,根据某额定装机容量30 MW风电场实际输出功率数据,通过仿真验证所提出方法的有效性。结果表明:混合储能系统能够有效利用部分风能电解制氢,并实现了风电场-混合储能系统的联合输出功率达到并网标准和系统初始投资成本最低的目标;SOEC系统达到了设定的电解效率,且锂离子电池储能阵列处于健康状态。
  • 新能源与储能
    袁威, 韩瑞元, 杜双庆, 杨先亮
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    为研究螺旋翅片和环形翅片对垂直管壳式相变储能罐换热性能的影响,选取具有更好传热性能的翅片结构,并建立了光管、环形翅片和螺旋翅片的管壳式相变储能罐的物理模型。在考虑自然对流的情况下,对蓄热和放热过程进行了数值模拟,分析了不同储能罐中相变材料的温度场、固液相界面、平均温度、液相质量分数、不同监测点温度随时间的变化规律;探讨了不同储能罐的综合热性能表现,对比分析了影响储能罐蓄、放热速率的主要因素。结果表明:有无翅片对导热系数低的相变材料有重大影响,翅片结构能明显减少换热过程中储能罐内相变材料的熔化和凝固时间;径向伸展的环形翅片限制了自然对流,而螺旋翅片具有连续结构,具有3种结构中最好的换热速率,且随着翅片高度的增加,换热效果增强;蓄热过程中,在垂直方向,储能罐上部温度高,相变材料先熔化,径向靠近内管的相变材料熔化得快;放热过程则相反,垂直方向下部以及径向内侧的相变材料先凝固。
  • 新能源与储能
    张茜颖, 袁俊球, 王迪, 谢小锋
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    在蓄热器充汽流道设计中,两相流动现象导致设计面临诸多难点,通过引入仿生流道设计理念,可改善三维压力场分布均匀性从而提高充汽冷凝效率。通过借鉴仿生学原理开展进汽流道的设计,基于计算流体力学方法构建参数化模型。计算生成的数据集被用于训练人工神经网络代理模型,进一步利用模拟退火寻找最优解,得到该类型仿生流道的最优管径参数。结果表明:在最优参数条件下,流道出口压力不均匀度下降10.91%,流道内湍动能损耗下降73.36%。研究成果为蒸汽蓄热罐进汽流道的设计提供了重要参考。
  • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    盛稳, 徐世明, 卢官发, 高成, 祁晶, 彭献永, 周怀春
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    针对难以准确监测机组主蒸汽流量的问题,提出了一种基于核主成分分析-双向长短期记忆-门控循环单元(KPCA-BiLSTM-GRU)的主蒸汽流量测量模型,并以某1 000 MW超超临界一次再热发电机组的历史数据为基础进行了仿真验证。首先,根据实际生产过程中机组运行机理及经验,选取了与主蒸汽流量相关的运行参数作为测量模型输入的候选变量;其次,利用KPCA算法对原始的候选输入特征进行降维,避免因模型输入变量过多对预测结果精度产生影响;最后,使用BiLSTM-GRU神经网络模型进一步学习输入数据特征的变化规律,实现了主蒸汽流量的回归预测。选用反向传播(BP)、LSTM、BiLSTM、GRU等神经网络模型进行了对比实验,以验证所提出模型的预测效果。结果表明:所提出的基于KPCA-BiLSTM-GRU的主蒸汽流量模型能够实现主蒸汽流量的准确测量,其均方根误差(RMSE)为25.76 t/h,平均绝对百分比误差(MAPE)为1.21%;相比于实验中其他模型,KPCA-BiLSTM-GRU主蒸汽流量测量模型的预测效果更好,对深度调峰汽轮发电机组变负荷工况有较好的适应性。
  • 数字化与智能化
    何佳玮, 康英伟
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    为提高燃煤火力发电厂石灰石-石膏湿法脱硫效率,同时保证电厂工作运行的稳定,提出一种基于比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)与广义预测控制(generalized predictive control,GPC)加权的复合控制方案,以确保电厂脱硫塔浆液pH值和出口SO2质量浓度处于理想值,从而实现合理的脱硫控制目标。其中,脱硫系统模型参数、PID参数、PID-GPC复合控制权重因子均利用改进麻雀搜索算法(logistic sparrow search algorithm,LSSA)进行寻优。仿真结果表明:辨识模型能作为GPC的预测模型;复合控制算法融合了PID与GPC的优点,系统的响应特性得到提升;LSSA优化后的复合控制动态性能得到提升,抗干扰能力明显增强,同时能够有效跟踪设定目标。
  • 数字化与智能化
    王岳, 周媛媛, 王震, 姜旭东, 张晋, 韩小渠
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    针对某百万千瓦级压水堆核能热电联产系统,利用APROS软件建立动态仿真模型,探究主蒸汽、高压缸排汽、再热蒸汽抽汽供热对电功率的影响,模拟不同供热工况下系统的动态响应特性。结果表明:高压缸排汽处抽汽对电功率的影响最小且供热等效电最低;电功率的响应速率对再热蒸汽、高压缸排汽的抽汽量阶跃变化较敏感;低供热抽汽量阶跃变化时,因温度死区存在,冷却剂平均温度与参考值产生稳态偏差。
  • 数字化与智能化
    褚志杰, 韩朋谊, 郑立星, 王建峰, 张勇, 薛小军
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    由于新能源大量并网给电力系统带来了巨大的调频压力,而储能系统可以有效辅助电网调频,因此提出了一种混合储能辅助电网调频的综合控制策略。首先,基于电池和超级电容器储能的荷电状态,形成动作储能的出力和调控策略。然后,将变K下垂控制和变K惯性控制协调配合,并基于S型函数提出辅调频控制策略。当储能系统的电量不足(过多)时,可以通过辅助频率控制技术来增强充电(放电)效率,以此加速储能系统电荷状态的恢复。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并基于电网实际功率负荷进行对比模拟。结果表明:所提综合控制策略对比无储能时可以将最大频率偏差减小0.044 Hz,频率恢复时间缩短0.335 s,能够有效改善电网频率偏差,保持储能荷电状态,可以有效减少电池储能的动作次数,提高循环寿命。
  • 数字化与智能化
    牛玉广, 徐健, 杜鸣, 姚珺
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    为提升磨煤机故障预警结果的准确性与可信度,提出一种基于时空图注意网络的故障预警方法。通过最大信息系数与Top-K最近邻方法自适应求取邻接矩阵,将原始列表数据重构为时序图数据。随后,依次使用图注意力网络和双向门控循环单元,分别提取图数据的空间特征和时间特征,并对下一时刻数据进行预测。在离线阶段,经指数加权移动平均法计算总体预警阈值与各分量阈值。在在线阶段,当预测残差总量越限时发出预警信号,同时绘制各分量的越限分数热力图。结果表明:以某热电机组中速磨煤机运行数据为例,所提方法能够准确预警设备潜在异常,并对预警原因进行有效解释,优于对比方法。
  • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    夏宁, 何堤, 陈水宣, 洪昭斌, 辜佳鑫
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    为解决现有化学吸收法碳捕集设备再生能耗较高、体积庞大不利于撬装化设计等问题,提出了一种双塔乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2方案,结合塔间烟气冷却工艺、富液分流工艺与热泵工艺,以降低塔高和再生能耗,同时提高捕集效率。通过Aspen Plus与Matlab软件的交互仿真模拟,采用粒子群算法对双塔耦合工艺的贫液负荷、塔间烟气冷却温度、贫液分流比、冷富液分流比等参数进行了全局优化。结果表明:优化后得到最佳操作条件为贫液负荷0.291 mol/mol,塔间烟气冷却温度40 ℃,贫液分流比0.577,冷富液分流比0.2;各节能工艺耦合后能有效降低再生能耗,在最优操作条件下,CO2捕集率可达到93.27%,综合优化后的再生能耗可降至2.924 GJ/t,较传统工艺节能30.87%。
  • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    袁荣胜, 刘明, 许朋江, 陈伟雄, 严俊杰
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    为应对能源互联网中日益严重的绿电弃电问题,提出采用熔盐蓄热回收绿电弃电的热电联产共享储热系统。设计熔盐蓄热制主蒸汽(S1)和熔盐蓄热制工业蒸汽(S2)2种热电联产共享储热系统构型,建立变工况仿真模型、分析模型以及技术经济性评估模型,并提出往返效率、日利润增量和动态投资回报期评价指标,以分析2种系统构型经济性和敏感性。结果表明:方案S1和S2回收绿电弃电的往返效率分别为54.34%和43.36%;热电联产共享储热系统回收绿电弃电提高了系统整体的技术经济性,在原系统基础上采用方案S1和S2的日利润增长率分别为1.94%和2.44%。
  • 综合能源系统
    谢凯, 王乾, 苏志刚, 郝勇生, 王培红
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    热电联产机组以热定电的运行方式限制了其深度调峰能力,熔盐蓄热技术能够提高机组运行灵活性,在一定程度上实现了热电解耦。以耦合可对外供热熔盐蓄热系统的某660 MW热电联产机组为研究对象,提出了一种安全供热运行边界的计算方法,基于该安全域计算分析了解耦与调峰能力的变化,并对储、放热过程中的能量利用效率与效率进行了分析。结果表明:所提出的边界计算方法精确,能够确定耦合系统供热时的电热定值约束;80 MW·h熔盐蓄热系统可提供260 ℃、2 MPa的供热蒸汽最大质量流量为65.92 t/h,提高的深度调峰量最大值为额定负荷的7.56%;能量利用效率随着机组抽汽供热质量流量的增大和发电功率的减小而增大,效率随着抽汽供热质量流量和发电功率的增大而增大,储热功率为最大值(36 MW)时,机组在运行域内的能量利用效率与效率最高,分别为79.78%和46.04%,熔盐放热过程产生的蒸汽质量流量最大时,机组运行域内能量利用效率与效率最高,分别为80.84%和46.33%;在供热质量流量分配时优先释放机组抽汽供热能力再辅以熔盐蓄热系统供热,具有更高的能量利用效率和效率。