文档介绍：项目名称:
多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究
首席科学家:
金红光中国科学院工程热物理研究所
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
中国科学院
一、研究内容
面向工业、建筑等高能耗行业节能减排的重大需求,针对现有分布式供能系统所面临的燃烧过程不可逆损失巨大,微小型动力循环叶尖泄漏损失大,缺少动力变温余热的利用技术,以及系统变工况下供能装置大幅度偏离额定工况引起的系统效率低等技术难题,本项目的两个关键科学问题是:
(1)燃料化学能与热能综合梯级利用原理
基于能的品位高低,逐级、有序地转化和释放燃料化学能,进行燃烧以及热能梯级利用;对各个能量转化和利用过程进行品位关联;耦合燃烧前热化学反应与燃烧后热力循环,能量品位“无缝”接续地转化,综合梯级利用的原理。
具体阐明高品位燃料化学能释放的品位有序化机理,高、中品位热能的热动与热声转换机理,低品位热驱动制冷循环机理;阐明燃料化学能释放,冷热电联供系统的热力过程以及循环之间的品位关联规律与能量耦合机制。
(2)多能源互补机理与全工况性能调控机制
可再生能源、环境能源与化石能源有机结合,减少单一高品位化石能源转化不可逆损失的多能源品位互补机理;多能源输入、冷热电输出的系统动态关联规律,系统全工况性能的主动调控机制。
主要在于阐明可再生能源、环境能源与燃料化学能释放、热能转换的品位互补机理,多能源输入与系统冷热电动态输出特性的关联机理;阐明蓄能与燃料热功转换的相互作用规律,系统全工况性能的“品位互补,全时调控”机制。
围绕上述科学问题,计划以下研究内容:
围绕第一个关键科学问题“燃料化学能与热能综合梯级利用原理”,本项目从高品位的燃料化学能释放,以及热转功过程的梯级利用,到中低温动力余热的热声发电、吸收式制冷的梯级利用开展研究。主要内容有:
1)燃料化学能释放机理:燃烧前热化学反应与燃烧后热力循环的品位关联规律;燃料化学能释放的品位有序化机理;燃料化学能作功能力逐级、定向转化方法。
2)微小型动力的热功转换机理与方法:微小型燃气轮机流动规律与热力循环;对转冲压发动机原理与动力机械新方法;大振幅行波热声转换物理机制与损失机理;中温变温热源驱动的热声发动机热功转换方法。
3)动力余热驱动的正逆循环耦合机理:动力余热驱动正逆循环的功冷并供转换规律;吸收式分级制冷循环耦合和冷量品位提升机理。
4)燃料化学能与热能的综合梯级利用的机理与方法:燃料化学能释放、热动与热声转换、余热驱动制冷(热泵)循环耦合的品位关联规律;燃料化学能与热能的梯级利用方法。
围绕第二个关键科学问题“多能源互补机理与全工况性能调控机制”,主要内容有:
5)多能源品位互补机理:可再生能源、环境能源与燃料化学能释放、热能转换的品位互补机制;多热源互补的吸收式热泵循环新方法。
6)多能源互补的冷热电联供的动态规律:太阳能动态变化与燃料化学能释放的作用机制;多能源互补与热驱动吸收式循环动态特性;多能源输入、冷热电输出的系统动态关联规律
。
7)系统全工况性能的主动调控机制:蓄能介质、蓄能/释能机理与方法;分布式供能系统变工况特性、冷热电联供目标下的主动蓄能与燃料热功转换的作用规律;系统全工况性能的主动调控方法。
二、预期目标
总体目标
应对我国节能减排重大需求,为开拓新一代分布式供能技术的新理论与新方法,本项目的总体目标为:构建能的品位与循环耦合理论框架,丰富和发展老一辈科学家吴仲华先生总能系统理论,保持我;建立微小型燃气轮机、热声热机、余热制冷与热泵、蓄能等关键过程的理论设计方法;凝聚和培养高水平科研队伍,建立创新研究基地,提高国家分布式供能技术持久发展的自主研发能力。
五年预期目标
理论创新方面,建立燃料化学能有序释放的基本原理,揭示燃料化学能释放与燃烧后热力过程及循环的能量耦合规律,提出化石能源与可再生能源互补的全工况系统性能调控方法,构建能的品位与循环耦合理论框架,突破传统热力循环仅考虑热能利用的局限性,在燃料化学能、热能综合梯级利用的系统节能理论方面取得重要进展,形成国际一流的理论研究成果。
技术突破方面,提出燃料与中低温太阳能的品位互补方法,实现系统源头节能;研究新型对转冲压发动机原理,促进微小型动力技术革新;提出变温动力余热驱动热声发电新方法;建立多热源互补的吸收式正逆耦合循环与热泵循环新方法;提出功能热流体等蓄能新介质及其蓄能/释能新工艺;建立分布式供能的自主创新技术支撑。
示范验证方面,基于本项目建立的能的综合梯级利用理论,面向工业和建筑节能
,提出多能源互补与全工况集成的新一代分布式供能系统,通过太阳能与天然气互补的冷热电联供系统示范验证。
此外,在项目的执行期间,发表200篇以上学术论文,其中