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华电技术
 
2020年 42卷 4期
刊出日期:2020-04-25

储能材料 储能技术 调频与调峰 CO2 捕集与利用
   
储能材料
1 用于太阳能光热发电系统的CaO/Ca(OH)2化学储热技术综述
徐其利,孙杰*
借助大规模、低成本的储热技术实现全天候运行,进而降低发电成本、提升能源质量是太阳能光热发电技 术相对于光伏、风电等技术的最大优势所在。近年来,CaO/Ca(OH)2化学储热体系以其储热密度高、反应效率高、安 全性高、成本低等优越特性,从众多化学储热技术中脱颖而出。从过程机理、反应器装备及系统集成 3 个层面对 CaO/Ca(OH)2化学储热体系的研究现状进行了综述,为进一步优化CaO/Ca(OH)2化学储能体系提供参考。首先介 绍了该体系储/放热的基本原理,讨论并总结了用于解决固体反应物烧结、团聚结块的掺杂法和粒化法,随后分类并 分析了反应器装备的型式及其各自的优缺点。研究现状表明,虽然掺杂法和粒化法能有效地改善颗粒物团聚现 象,但同时会带来诸如副反应产物、储热密度下降严重、循环稳定性低等负面影响。固定床反应器操作不连续性, 不适合工业级的应用,接下来围绕流化床反应器和移动床反应器的优化可能是研究工作更好的选择。
2020 Vol. 42 (4): 1-11 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 1504KB] ( 351 )
12 超声-微波法制备熔盐纳米复合材料试验研究
张晓盼,鹿院卫*,于强,宋维龙,吴玉庭
为提高熔盐的比热容,将平均粒径为20 nm的SiO2纳米粒子以1%质量分数添加到自主研发的四元混合硝 酸盐中,采用超声−微波法,得到低熔点熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪测量熔盐纳米复合材料的比热容。 试验结果表明,微波干燥法可使熔盐纳米复合材料的比热容提高约 38.8%,而常规干燥方法仅能使其比热容提高 19.4%。采用扫描电子显微镜(SEM)观察熔盐纳米复合材料的微观结构,发现固体熔盐表面形成了类似链状的特 殊纳米结构。这种具有高比表面积和高表面能的特殊结构是比热容提升的关键。此外,采用微波干燥法还可以提 高熔盐纳米复合材料的制备效率。
2020 Vol. 42 (4): 12-16 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 1103KB] ( 295 )
17 四元硝酸盐/MCM41多孔复合蓄热材料的制备及稳定性研究
李进,王峰*,张世广,吴玉庭
为获得稳定性良好的复合蓄热材料,以四元硝酸盐为相变材料,MCM41 为基体材料,按照四元硝酸盐与 MCM41不同质量配比,制备得到四元硝酸盐/MCM41多孔复合蓄热材料。经过 100次热循环试验后验证了复合材料的化学稳定性及热稳定性。X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征结果表明,复合材料在热循环前后化学组分没有变化,具有较好的化学稳定性。差示扫描量热法(DSC)曲线分析结果表明,复合材料熔点、熔化潜热值在热循环实验前后变化不大,热稳定性较好。复合材料密度随四元硝酸盐比例增加而增大,抗压强度在四元硝酸盐与 MCM41 质量比为 6∶4 时最大。结合材料的热物性及密度和抗压强度参数,认为四元硝酸盐与 MCM41质量比为6∶4时是最优配比。
2020 Vol. 42 (4): 17-22 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 1470KB] ( 271 )
储能技术
23 基于城市功能区划分的分布式相变蓄热站热经济性分析
钟声远,赵军,李浩,王小元,周颖
中国“三北”地区供暖季“以热定电”的运行方式是造成弃风的重要原因之一,采用蓄热式电锅炉供暖是提高风电消纳率的一种有效方式。将分布式蓄热和相变蓄热相结合,可以充分发挥匹配灵活、蓄热效率高和反应快速等优势。以分布式相变蓄热站的年收益为优化目标,在考虑蓄热约束、供热约束和联合供热约束的条件下,对基于城市功能区划分的分布式相变蓄热站进行了经济性分析。结果表明:区域的热负荷特性对蓄热站供暖期的年收益有显著影响;依据边际效益规律,当商务办公区选取蓄热站容量为 13 200 kW∙h、蓄热功率为 10 800 kW,居民住宅区选取蓄热站容量为11 200 kW∙h、蓄热功率为9 000 kW时蓄热站年收益达到最大值;在选定的容量和蓄热功率下,当商务办公区、居民住宅区的电价分别为0.218,0.221 元(/ kW∙h)时,分布式相变蓄热站可达到收支的平衡。
2020 Vol. 42 (4): 23-30 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 1737KB] ( 264 )
31 光伏-混合储能微电网协调控制及经济性分析
王晗雯,鲁胜,周照宇
微电网黑启动电源的容量和出力不足会导致系统频率和电压失稳。为此,提出采用锂电池-铅酸电池混合储能系统(HESS)作为光储型微电网黑启动电源的协调控制方法。为提高孤岛微电网长期运行能力,以HESS调度指令的低频分量作为铅酸电池的功率指令,采用铅酸电池为HESS提供容量和功率支撑;锂电池为微电网提供电压和频率支撑,充分发挥锂电池寿命长和铅酸电池性价比高的特性。在此基础上,建立投资成本和运行维护成本的 HESS成本模型。电力系统计算机辅助设计(PSCAD)仿真试验验证了所提策略的有效性。
2020 Vol. 42 (4): 31-36 [摘要] ( 60 ) [HTML 1KB] [PDF 1220KB] ( 350 )
37 考虑电池能效的电网侧电化学储能电站最优功率控制策略研究
冯力勇,张云
:目前在电网侧电化学储能电站的运行过程中,主要以全站最大可充放电功率进行控制约束条件,对于电站能效方面考虑不足。针对这一问题,提出了基于电池能效曲线的功率优化控制策略。以输出功率和能效作为目标,建立了考虑储能动态效率的电网侧电化学储能电站运行优化模型。该模型考虑了储能在充放电运行功率不同时的效率变化,将动态效率以近似线性函数的形式纳入储能电站优化模型。基于实际电网侧储能电站运行数据进行仿真分析,对比了在电网侧多应用场景下,不同充放电控制策略对电网运行控制的影响,证明了动态效率特性对储能电站综合能效具有一定影响,是电网侧电化学储能电站运行优化中值得考虑的因素。
2020 Vol. 42 (4): 37-41 [摘要] ( 60 ) [HTML 1KB] [PDF 980KB] ( 268 )
42 光热电站储热系统设计及储罐预热方案研究
韩伟,崔凯平,赵晓辉,Francisco MANGAS
储热系统是光热电站的重要子系统及事故高发系统之一,是光热电站能够持续稳定运行的关键,储热系统的精细化设计对光热电站成本控制及安全稳定运行具有重要意义。提出了光热电站储热系统储罐熔盐量及壁厚的精细化设计方法,通过数值模拟烟气和熔盐在储罐内的流动过程和储罐的实时壁温,获得不超过储罐允许最大壁温差的预热方案,用于减少储罐预热过程中的热应力,降低储罐的风险和故障率。该预热方案在实际项目中应用取得了良好的效果。
2020 Vol. 42 (4): 42-46 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 1247KB] ( 260 )
调频与调峰
47 ISCC发电系统研究进展
杨谱,段立强*,潘盼
太阳能热互补联合循环(ISCC)发电系统可以有效利用太阳能热量,提升太阳能光电效率并减少原联合循环系统的燃料消耗,近年来备受关注。对 4种典型的 ISCC系统集成模式研究进展进行了总结与分析,探讨了系统经济性能并介绍了ISCC系统的性能评价指标。针对太阳能的间歇性及我国发电系统的调峰特性,分析了集成系统的变工况特性,最后系统总结了国内外的工程示范项目。研究成果可对未来 ISCC 系统的设计和运行优化提供参考。
2020 Vol. 42 (4): 47-56 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 1862KB] ( 251 )
57 燃煤机组灵活性调节技术研究现状及展望
魏海姣,鹿院卫*,张灿灿,吴玉庭,李卫东,赵东明
开发可再生能源是我国一项基本国策,由于可再生能源的间歇性造成其发电功率输出的波动,会对电网运行安全性造成一定的影响,导致部分可再生能源发电不能进网。为了加大可再生能源发电的并网率,需要增加传统燃煤机组输出负荷的灵活性。从燃煤机组负荷调节范围开展相关研究,通过调研分析发现:储热水技术、电锅炉储热技术和高背压改造技术可以应用于热电联产机组的灵活性调节;燃煤机组与太阳能系统耦合技术可提高耦合系统运行的灵活性;高温储热技术利用纯凝机组发电低谷期锅炉产生过量的蒸汽加热储热介质,在高负荷时进行热量释放,可实现机组宽负荷灵活性调节。通过对比分析 5 种灵活性调节技术的特点,认为燃煤机组利用高温熔盐储热技术是未来灵活性调峰发展的方向之一。
2020 Vol. 42 (4): 57-63 [摘要] ( 54 ) [HTML 1KB] [PDF 997KB] ( 252 )
64 燃煤电厂调峰调频储能技术的研究进展
王金星,张少强,张瀚文,方旭,宋海文,张凯,彭雪风,赵源,马敬邦
高比例间歇性可再生能源的嵌入对燃煤电厂的灵活运行能力提出了新的要求,储能技术作为一种调峰调频的应用技术具有不可替代性。首先,从单一储热装置、电热转换-储热装置以及热化学转化-储热装置等3个方面介绍了储热技术在燃煤电厂中的研究现状,其储热性能及系统所带来的经济性收益更值得关注。其次,评述了蓄电技术的研究现状,主要包括单一蓄电装置、多能互补蓄电系统以及耦合多储能技术的蓄电系统,指出了蓄电装置的衰退性能是多种蓄电池优选的重要参考指标。最后,简述了以抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能为代表的其他储能技术的研究现状,说明了储能方案仍需要进一步结合储能技术的适应条件进行方案优选与组合。研究可望为后续燃煤电厂调峰调频储能技术的研发提供方向。
2020 Vol. 42 (4): 64-71 [摘要] ( 57 ) [HTML 1KB] [PDF 1250KB] ( 256 )
72 储能火电联合调频系统设计与研究
王兴兴,孙建桥,陈明
大规模电池储能联合火电厂进行调频,由于其技术优势明显且经济性良好,近年来应用逐渐增多。但目前,储能火电联合调频系统缺乏成熟的设计方案作为参考,一定程度上限制了其发展。为推动国内储能系统发展的规模化、标准化,提升储能火电联合调频系统的设计水平为目标,基于中国华电科工集团有限公司的工程实践,以国电肇庆热电有限公司2×350 MW机组调频辅助服务储能项目为研究对象,从系统的容量选择、站区规划和总布置、接入核算、电气主接线设计、短路电流计算、继电保护配置、控制和通信、消防系统等方面进行分析,总结提炼出该系统设计的关键技术,为新建储能火电联合调频系统的工程设计和建设工作提供重要技术依据,对此类项目起到良好的推动和指导作用。
2020 Vol. 42 (4): 72-76 [摘要] ( 60 ) [HTML 1KB] [PDF 1236KB] ( 246 )
CO2 捕集与利用
77 太阳能光热发电现状及超临界CO2光热发电技术应用前景
何志瞧,童家麟
太阳能光热发电技术具有调度方式灵活、可显著减少弃光、易与其他可再生能源互补发电等优势,美国等国家对太阳能光热发电技术的研究和规模化应用较早,我国在太阳能光热发电方面研究、利用较晚,但近年来发展速度较快,并呈现出与美国等国家不同的特点。对近年来美国和中国光热发电技术的发展历程进行了概述,详细分析了适合光热发电技术的超临界CO2布雷顿循环发电系统的特点、优势,并对其应用前景进行了展望。
2020 Vol. 42 (4): 77-83 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 1082KB] ( 261 )
84 太阳能聚光光伏-余热碳捕集利用方式分析
邢晨健,钱煜,周燃,王瑞林*
燃煤电站碳捕集是缓解全球温室效应的重要举措。燃煤电站燃烧后碳捕集技术的设备安装在电站尾部,改造、集成较为方便,但捕集过程能耗极高,单纯依靠电厂自身供能严重影响发电效率。在砷化镓聚光光伏电池的转化过程中存在大量余热,且余热温度大于钾基碳捕集热源温度,具有驱动钾基碳捕集反应的潜力。本研究提出了聚光光伏-余热碳捕集的光伏光热综合利用方式,建立聚光砷化镓-余热钾基碳捕集的能量转化模型,分析了光伏发电温度及辐照度对光伏发电及碳捕集性能的影响规律。将其集成于某600 MW亚临界燃煤电站:相较于单一燃煤碳捕集系统,集成系统发电效率提升 6.56百分点,总发电量提升约 50%;相较于单一光伏发电系统,集成系统的光伏发电效率降低4.49百分点,但额外增加碳捕集量380.82 t/h。本研究提出的余热利用方式缩小了碳捕集能耗对燃煤电站发电效率的影响,实现了太阳能在发电及碳减排上的双效利用,为太阳能高效梯级利用提供了新思路。
2020 Vol. 42 (4): 84-88 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 4518KB] ( 262 )

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