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液冷数据中心余热驱动的“热泵-跨临界CO_(2)发电”卡诺电池热力性能分析
1
作者 谭鋆 丁若晨 +4 位作者 周晓宇 蔺新星 苏文 徐波 吴宏 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1471-1480,共10页
为回收液冷数据中心余热并促进可再生能源下的绿色数据中心发展,本工作提出了一种液冷数据中心余热驱动的“热泵-跨临界CO_(2)发电”卡诺电池热力系统,并建立了相应的热力学模型,以评估不同工况下系统的热力性能。结果表明,在设计工况下... 为回收液冷数据中心余热并促进可再生能源下的绿色数据中心发展,本工作提出了一种液冷数据中心余热驱动的“热泵-跨临界CO_(2)发电”卡诺电池热力系统,并建立了相应的热力学模型,以评估不同工况下系统的热力性能。结果表明,在设计工况下,当储能容量为100 kW×5 h,热泵工质采用R245fa时,热泵COP可达5.23,基于热泵供热的发电效率达13.28%,卡诺电池的往返效率为67.64%。进一步,本工作研究了关键运行参数对系统性能的影响规律,发现系统的往返效率随热泵蒸发器过热度的增加而提升,随高低温水箱温度、发电循环泵出口压力和冷凝温度的增加而下降。其中,当发电循环的冷凝温度低于18℃时,系统的往返效率可超过100%。此外,本工作还对系统运行参数的敏感性进行了分析。结果表明,发电循环冷凝温度对系统往返效率的影响最显著。 展开更多
关键词 卡诺电池 热泵 跨临界CO_(2)发电 液冷数据中心 余热回收
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耦合火电厂灵活改造的卡诺电池储能系统热力学性能研究
2
作者 于博旭 韩瑞 +3 位作者 刘倩 廖志荣 巨星 徐超 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1461-1470,共10页
将储能技术与电厂改造技术相结合,能够在实现可再生能源稳定并网的同时解决火电机组灵活调峰的问题。本工作将熔盐卡诺电池储能系统与火电厂灵活性改造相结合,基于典型600 MW亚临界燃煤电站,利用Aspen Plus搭建了电厂、热泵储热和抽汽... 将储能技术与电厂改造技术相结合,能够在实现可再生能源稳定并网的同时解决火电机组灵活调峰的问题。本工作将熔盐卡诺电池储能系统与火电厂灵活性改造相结合,基于典型600 MW亚临界燃煤电站,利用Aspen Plus搭建了电厂、热泵储热和抽汽储热耦合的系统模型,分析了火储、火储-热泵联合及热泵三种储热形式在不同储热负荷下储能过程、释能过程及全过程的系统效率、调峰容量及调峰深度的变化情况,并分析了不同储/释能负荷和方案下耦合系统的效率和调峰性能。研究表明,火储储热方式能够在电厂低负荷运行时实现更高的耦合系统效率。热泵储热方式的调峰性能表现更优,其单位储热负荷的最大调峰容量相较于火储储热方式可以提高69%。增加储热模块能够在仅损失少量耦合系统运行效率时显著提高电厂的调峰性能,当电厂满负荷运行且储/释热负荷均为90 MW时,通过火储-热泵联合储热可以使得调峰容量和调峰深度分别增加78.29 MW和13.04%,此时系统效率仅降低0.16%。储能过程抽取中压缸的再热蒸汽并在其释热后送回除氧器,释能过程中通过旁路将部分给水加热送入锅炉,这种火储储热的耦合方式兼顾了蓄热量、调峰容量、调峰深度以及循环效率,是一种优选的耦合方案。本工作有助于指导利用熔盐卡诺电池对火电厂进行灵活性改造。 展开更多
关键词 卡诺电池 火电厂灵活性改造 熔盐储热 调峰
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面向数据中心液冷装置余热回收的卡诺电池储能系统可行性分析 被引量：1
3
作者 张宇 李敏霞 +4 位作者 李君 颜利波 张家兴 王志朋 田华 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3921-3929,共9页
随着新一代信息技术的迅猛发展,需要全时段供电、不间断冷却的数据中心建设量急剧提高。同时,在全球可再生能源消费比重不断提高的背景下,各国普遍提出峰谷电价政策。数据中心冷却系统供冷效果差、系统能耗高,数据中心用电诉求与现行电... 随着新一代信息技术的迅猛发展,需要全时段供电、不间断冷却的数据中心建设量急剧提高。同时,在全球可再生能源消费比重不断提高的背景下,各国普遍提出峰谷电价政策。数据中心冷却系统供冷效果差、系统能耗高,数据中心用电诉求与现行电价政策难以适配。为解决这一矛盾,将两相浸没式液冷技术与卡诺电池储能技术有机结合,构建了一种新型数据中心用冷电联供系统。为评估本系统在不同城市的可行性,选取哈尔滨、南京、广州三座城市作为应用对象,对比分析了本系统与全年采用自然冷却模式的浸没式冷却系统的能效表现及经济性。结果表明,采用新系统后,每千瓦的数据中心IT设备全年用电花费分别节省了235.52元、245.24元及281.28元。本研究给出的方案有效地提升了数据中心的用电灵活性,大幅降低了数据中心运维费用。 展开更多
关键词 数据中心 卡诺电池 自然冷却 能效表现 经济性
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基于相变材料的蒸汽卡诺电池热力学循环设计
4
作者 林小杰 徐家豪 +2 位作者 孙鹏 钟崴 胡亚才 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期161-168,共8页
为了研究工业园区综合能源系统的多能互补新路线,提出基于高低温相变材料的新型蒸汽卡诺电池.建立计及设备性能与质量流量的热力学循环计算模型,分析设计参数、多级压缩结构对系统热泵系数、循环效率、储电损失与供热(火用)效率的影响.... 为了研究工业园区综合能源系统的多能互补新路线,提出基于高低温相变材料的新型蒸汽卡诺电池.建立计及设备性能与质量流量的热力学循环计算模型,分析设计参数、多级压缩结构对系统热泵系数、循环效率、储电损失与供热(火用)效率的影响.通过探究发现,低温相变材料的相变温度和高温相变材料的相变温度是影响蒸汽卡诺电池性能的主要因素,得到蒸汽卡诺电池的高循环性能区.优化蒸汽卡诺电池的参数与结构,结果表明,循环效率可达56.96%,热泵系数可达2.55,供热(火用)效率可达68.74%. 展开更多
关键词 卡诺电池 储能 热力学分析 蒸汽生产 余热利用
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基于热泵储电的绝热钙循环卡诺电池系统特性及优化研究
5
作者 丁扬 王翰文 +2 位作者 陆文杰 罗元俊 凌祥 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期4247-4258,共12页
为应对能源短缺危机和时空分布不均的挑战,本工作结合钙基热化学储能与热泵储电的优势,提出一种新型耦合系统。通过热泵为分解反应供热以高密度储能,水合反应放热驱动发电高效释能,杜绝存储过程能量耗散,实现长时大规模储能。分析操作... 为应对能源短缺危机和时空分布不均的挑战,本工作结合钙基热化学储能与热泵储电的优势,提出一种新型耦合系统。通过热泵为分解反应供热以高密度储能,水合反应放热驱动发电高效释能,杜绝存储过程能量耗散,实现长时大规模储能。分析操作参数对往返效率的影响,在本工作考察范围内储能过程循环压比增加正向提升往返效率,但过高的压比加大设备负担且边际效用递减。热泵吸热温度和分解反应温度不宜偏离过远,370℃、415℃时往返效率分别最高,需尽可能降低夹点温度,避免高品位热能降级使用。释能过程提高发电循环压比或使中间级压力接近理想值,可增加循环净功,往返效率升高。更高的水合反应温度、热机吸热温度以及Ca(OH)_(2)存储温度对往返效率有增益效果,而CaO和H_(2)O预热温度影响甚微。采用“黑箱”模型和夹点方法,并借助改进的遗传算法优化系统参数。换热网络(火用)损得到有效控制,往返效率最高可达65.96%,是一种颇具竞争力的能量存储方式。 展开更多
关键词 钙基热化学储能 热泵储电 卡诺电池 参数优化 往返效率
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卡诺电池堆积床潜热储热装置的实验和数值研究
6
作者 王化宁 薛新杰 +3 位作者 张勉恒 王嘉浩 杨斌 赵长颖 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3906-3920,共15页
卡诺电池作为高效、环保、灵活且可靠的能源存储器件,且有显著的应用潜力。本工作设计了一套堆积床储热装置,并将其整合到20 kW/5 h的卡诺电池实验系统中。通过采用3种分层放置的不同材料,实现了梯级储放热。经过实验验证的二维轴对称... 卡诺电池作为高效、环保、灵活且可靠的能源存储器件,且有显著的应用潜力。本工作设计了一套堆积床储热装置,并将其整合到20 kW/5 h的卡诺电池实验系统中。通过采用3种分层放置的不同材料,实现了梯级储放热。经过实验验证的二维轴对称模拟进一步揭示了相变间隔和孔隙率对梯级相变堆积床储热(CPB-TES)系统的影响。为了提高能量效率并保持卡诺电池中的压缩机和膨胀机稳定运行,研究过程中还在系统后端添加了换热器以回收CPB-TES的余热。结果表明,提高入口温度和流量能加速相变过程并提高充放电速率,但也会增加能量损失。相变间隔越小,相变材料的平台期越显著,发生相变的过程越短暂。孔隙率为0.4的堆积床相比孔隙率为0.6的堆积床,不仅储能密度有所提高,而且流体和相变材料换热也更加充分。在最小进口流量120 m^(3)/h和最高进口温度331℃的实验条件下,通过回收余热,系统的往返效率最高可达70.31%。本工作对卡诺电池中的关键装置进行深入研究,进而对整体系统进行优化,为卡诺电池高效而广泛的规模化应用提供了一定的参考。 展开更多
关键词 卡诺电池 潜热储热 实验研究 数值模拟
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面向火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统仿真研究 被引量：3
7
作者 韩瑞 廖志荣 +2 位作者 于博旭 徐超 巨星 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3605-3615,共11页
熔盐卡诺电池储能系统将火电厂与储能技术耦合,是实现机组灵活改造的有效途径。该系统可采用新能源场站弃电或者电网低谷电直接或者通过热泵循环间接加热熔盐,将电能转化为高温热能存储,而后高温熔盐和锅炉共同作为热源来驱动汽轮机发电... 熔盐卡诺电池储能系统将火电厂与储能技术耦合,是实现机组灵活改造的有效途径。该系统可采用新能源场站弃电或者电网低谷电直接或者通过热泵循环间接加热熔盐,将电能转化为高温热能存储,而后高温熔盐和锅炉共同作为热源来驱动汽轮机发电,从而达到减少煤炭使用甚至替代锅炉的目的。为探究部件参数变化对火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统的效率影响规律,本工作首先在Aspen Plus平台中搭建了热泵循环、熔盐蒸发器以及典型600 MW亚临界燃煤机组等模块构成的熔盐卡诺电池储能系统热力学模型。其次,分析了热泵的循环工质、有/无回热以及部件关键参数对热泵制热效率及系统储能特性的影响规律。最后,比较了直接电加热和利用热泵循环加热熔盐的两种不同电转热形式的储能系统变工况效率。研究结果表明,有回热系统的热泵制热系数和储能系统往返效率均高于无回热系统;对于有回热系统,氩气作为热泵循环工质的回热器热负荷最低,然而氮气作为热泵循环工质时,储能系统的往返效率最高。在冷源温度67℃、等熵效率0.9和机械效率1.0时,储能系统额定工况的往返效率可达61.46%。此外,在额定工况下,采用热泵的储能系统相比于直接电加热的系统往返效率提高了45.16%。本研究可为火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统的设计和分析提供理论指导。 展开更多
关键词 卡诺电池 火电厂改造 系统效率 熔盐储热 数值模拟
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卡诺电池在玻璃窑炉低品位余热利用中的展望 被引量：1
8
作者 唐迪 韩晓 +1 位作者 钱学君 成惠峰 《建材世界》 2023年第1期27-29,共3页
玻璃窑炉在生产过程中超过30%的能耗会以废热的形式被烟气带走。目前余热利用后的烟气温度(~170℃)仍有较大利用空间。此外,退火窑产生的低品位余热目前也存在较大浪费。该文将结合一种新型的大规模物理储电技术-卡诺电池技术,对玻璃熔... 玻璃窑炉在生产过程中超过30%的能耗会以废热的形式被烟气带走。目前余热利用后的烟气温度(~170℃)仍有较大利用空间。此外,退火窑产生的低品位余热目前也存在较大浪费。该文将结合一种新型的大规模物理储电技术-卡诺电池技术,对玻璃熔窑中低品位的余热利用进行分析与展望。 展开更多
关键词 玻璃窑炉 低品位余热 卡诺电池 节能 热利用
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基于相变堆积床的卡诺电池系统设计与实验研究
9
作者 孛衍君 薛新杰 +1 位作者 王化宁 赵长颖 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2823-2832,共10页
卡诺电池系统是一项将过余电量以热能的形式存储起来,需要的时候通过动力循环向外释放的大规模物理储能系统,其摆脱了地理环境限制且紧凑高效,在削峰填谷、长时储能方面具有广泛前景。本工作设计了一套基于正/逆布雷顿循环和相变储热技... 卡诺电池系统是一项将过余电量以热能的形式存储起来,需要的时候通过动力循环向外释放的大规模物理储能系统,其摆脱了地理环境限制且紧凑高效,在削峰填谷、长时储能方面具有广泛前景。本工作设计了一套基于正/逆布雷顿循环和相变储热技术的10 MWh级卡诺电池系统,建立了基于Python3.8的数值模型,探究了压比、等熵效率、工质雷诺数、介质长径比等参数对系统性能的影响,结果表明该系统运行在压比为10、等熵效率0.9工况下时往返效率可以达到0.6,储能和功率密度分别达到378.44 kWh/m^(3)、203.58 kW/m^(3)。在不同的运行参数下分别对两个储罐的储能过程进行了实验研究,验证了当入口处工质压力越大、温度与室温温差越大,系统的储能密度与功率密度越高。 展开更多
关键词 卡诺电池系统 相变储热 数值模拟 无量纲化分析 堆积床 储热性能
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新型储能技术进展与挑战Ⅱ:物理储能与储热技术
10
作者 巨星 徐超 +8 位作者 郝俊红 宋记锋 滕伟 田华军 赵海森 陈哲 王天虎 廖志荣 杜小泽 《太阳能》 2024年第8期48-58,共11页
新型储能技术日益成为中国建设新型能源体系和新型电力系统的关键技术,已成为中国经济发展的新动能,将在促进可再生能源消纳、实现能源体系转型、提高能源利用效率、减少环境污染等方面发挥重要作用,相关技术研究也在快速发展。开展了... 新型储能技术日益成为中国建设新型能源体系和新型电力系统的关键技术,已成为中国经济发展的新动能,将在促进可再生能源消纳、实现能源体系转型、提高能源利用效率、减少环境污染等方面发挥重要作用,相关技术研究也在快速发展。开展了该领域的系列评价性综述工作,分为电化学储能技术、物理储能与储热技术、储能集成与规划3个部分,对各类新型储能技术的应用领域、最新研究进展及局限性等问题进行了全面系统的对比分析,并进一步探讨了储能集成、安全、规划调度等储能系统相关领域面临的挑战及发展趋势。第2部分为物理储能与储热技术,重点对物理储能与储热技术中的压缩空气储能、飞轮储能、重力储能、相变储热、热化学储热和卡诺电池技术与工程的相关成果进行了综合分析与讨论。总体而言,物理储能和储热技术大多具有使用寿命长、安全性高的特点,且在能量转化过程中自身多具有转动惯量,属于电网支撑型的储能技术,可满足从大规模长时储能到高功率快速响应的不同需求。在新兴的物理储能和储热技术中,重力储能和卡诺电池的相关技术显示出良好的发展前景。 展开更多
关键词 储能技术 物理储能 压缩空气储能 飞轮储能 重力储能 相变储热 热化学储热 卡诺电池
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