理论教育 总能系统全息特性性能指标优化探究

总能系统全息特性性能指标优化探究

时间:2023-06-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:所有可能运行工况条件下的系统热力特性称为全工况热力特性,而对应的其他性能也是系统全息性能之一。对于发电用途的总能系统,常用的经济性性能指标是发电成本,它采用货币作为统一量化的指标,将热力学与经济因素结合起来。

总能系统全息特性性能指标优化探究

衡量一个总能系统工作性能的优劣,不仅要看它在设计工况下的热力性能好坏,而且还要看它在全工况条件下的全息特性如何。对于总能系统全息特性的性能指标,除了全工况热力特性外,还包括经济性、运行安全性与可用性环保性能以及多功能性能特性等。

1.系统全工况性能指标

当使系统处在偏离设计工况的变工况条件下运行时,热机及系统的各个参数的变化情况、运行的安全性以及启动和加载性能等,统称为总能系统的变工况特性。所有可能运行工况条件下的系统热力特性称为全工况热力特性,而对应的其他性能也是系统全息性能之一。这其中包括以下几方面:

1)全工况的安全性和运用性能,即总能系统在启动过程和任何工况下运行的安全性和运用性能。

2)全工况的动态特性。该特性主要指的是加、减载性和加、减速性问题。加载性和加速性好,就是指系统发出的功率能够及时地适应驱动的外界负荷的负载和转速迅速变化的需要。这个特性对于需要经常快速变负荷的系统来说更加重要。

3)系统性能对大气参数变化的敏感性。由于许多热机以环境大气空气作为工质,特别是燃气轮机流量大、压力较低的热力循环,故大气温度和大气压力的变化对系统的性能影响很大。

2.系统多功能特性指标

对于不同类型的总能系统,都有各自描述系统全息特性的多功能性能指标,如联产系统折合性能指标、多能源互补系统的不同能源输入比率等,以及这些多功能性能指标随外界负荷和运行条件变化而变化的特性规律。下面介绍几种系统多功能特性指标。

(1)联产系统折合性能指标

当总能系统存在多种能源输入或多种产品输出时,若假定其中一种能源的利用率与参照的分产过程或系统相同,则另一种能源的利用率就称为联产系统的折合能源利用率;或者,若假定一种产品的比能耗与参照的分产系统相同,另一种产品的比能耗就称为联产系统的折合比能耗。如煤与天然气互补的发电系统的煤折合发电效率(假定天然气发电效率保持与分产系统相同时)为

式中,Huc为煤净比能;Pe为联产系统的总发电量;Png为相同技术条件下以天然气为燃料的联合循环在消耗相等的天然气时的发电量;Gc为联产系统消耗的煤量。

(2)太阳能与化石能源互补的系统多功能特性指标(www.daowen.com)

太阳能与化石能源互补的总能系统与常规能源系统不同,也是一个多能源(中低温太阳能和化石燃料)输入、多产品(如氢与电力)输出的多功能能源系统。模拟分析时多采用下列的性能参数指标。

1)联产系统热效率ηt

式中,P为联产系统对外的功输出; 978-7-111-55565-0-Chapter03-85.jpg 为氢气流量; 978-7-111-55565-0-Chapter03-86.jpg 为氢气低位热值:Gf为燃料流量;Hu为燃料低位热值;Qsol为重整过程吸收的太阳热能(含反应物预热和重整反应吸热)。

2)太阳能中温热占输入能的份额 978-7-111-55565-0-Chapter03-87.jpg 。对于太阳能与化石燃料综合互补的能源系统,需要评价太阳能在整个系统及对于不同输出的作用,即太阳能中温热占输入能的份额,定义为

3)联产系统节能率ESR。在进行系统比较时,假定联产系统和参考分产系统生产的电和氢气相同时的节能率作为评价准则。总节能率ESR定义为

式中,QD为参考分产系统的能耗;Qcog为联产系统的总能耗。

3.其他全息性能指标

(1)经济性的性能指标

能量转换和利用的问题并不仅仅是单纯的热力学问题,它还受制于经济性等众多因素。热力性能的提高总是以材料、研制等方面费用的增加为代价的,因而在评估系统性能时,还必须考虑相关的经济因素与经济性性能指标,如考虑发电戚本与投资回收期等经济性性能指标。对于发电用途的总能系统,常用的经济性性能指标是发电成本,它采用货币作为统一量化的指标,将热力学与经济因素结合起来。提高热力系统净效率、增加设备的年利用率、延长维修周期、提高劳动生产率以及采用廉价的燃料等,都会降低电站的发电成本。

(2)环境的性能指标

可持续发展成为共识的今天,环境问题受到格外的重视。燃气轮机及其系统产生的空气动力噪声、大气污染、热污染和场地污染等,可能会对运行人员和环境产生有害的影响,因此,要采取相关措施,使它们符合国家或当地的有关标准和规范。传统意义上的环境性能指标主要是指系统单位产品的各种有害污染物的排放量,或通过对各种有害污染物(如硫化物、氮化物等)设置最高排放标准来体现。各种热力系统必须满足相应标准的规定,否则就要对其超标排放的污染物进行罚款。近年来,随着对减少温室气体(主要是二氧化碳)排放的呼声越来越高,二氧化碳排放量也成为一个重要的环境性指标。

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