(火用)和环境影响评估传统太阳能燃气轮机和燃气轮机电厂

文摘

换热器是一种热交换器,用于燃气轮机发电厂恢复能量从出口热气体加热空气进入燃烧室。同样,燃烧室入口空气可以加热温度高达1000°C)的太阳能塔(SPT)作为可再生能源和环保能源。在这项研究中,综合比较这两个系统在能源方面,进行了(火用)和环境影响。两个循环的热力学模拟都是在MATLAB环境中进行了使用开发程序。Exergetic表演周期和排放量进行比较和参数进行研究。提出了一种新的参数(可再生的因素)来评估资源质量和衡量绿色(火用)损失或破坏或系统作为一个整体。不可再生的(火用)破坏和损失是GT与换热器循环相比减少了34.89%和47.41%,分别。减少公司₂,GT与换热器相比,公司周期49.92%,66.14%,和39.77%,分别符合再生因子值约为55.7,证明提出的环保措施的能力评估和比较的周期表现。

1。介绍

恢复传统的优化改进的燃气轮机循环预热进气口进入燃烧室,大幅降低油耗率会导致更少的温室气体排放。另一种方法是指组合与太阳能气体循环。优势相结合的太阳能热发电系统综述了通过Jamel et al。1]。可再生能源集成功率循环,目的是增加总(火用)效率执行基于不同的场景。

有几项研究正在进行能源和(火用)分析的混合太阳能气体循环(2]。最近塔式太阳能电站作为一个中央接收机系统是建立在实证和世界各地的商业项目(3]。Schwarzbozl et al。4)使用先进的软件工具进行优化设计和性能预测的太阳能塔燃气轮机发电厂。他们的项目证明了可行性的太阳能塔与传统的燃气轮机电厂的集成。证明混合太阳能燃气轮机循环更有效的有限公司₂发射预防与换热器相比传统的气体循环。

比较能源系统通常是通过测量环境特征和性能的能量和火用分析2]。热力学建模,基础热力学第二定律分析和多目标优化的燃气轮机电厂和换热器进行(5,6]。

本文定义了两个场景基于不同的热源预热燃烧室的进气。首先是传统的燃气轮机循环换热器和第二个是塔式太阳能电站加上一个燃气轮机,中央接收器换热器扮演相同的角色。为了找到低效率在两个周期,(火用)分析是通过模拟周期使用MATLAB程序执行的。

Exergoenvironmental分析工具通过预测排放速率有助于设计一个更可持续的循环。环境影响包括有限公司₂,,并通过开发有限公司测量代码。所以_x由空转阻止在建模所有气体循环被认为是微不足道的。

这个分析的目的是定量解决可再生能源和不可再生资源环境的影响通过引入可再生的因素。在研究作者的知识,所有来源被认为是相同的。从各种来源的损失和破坏是等价的共同点(火用)分析。然而,来自可再生资源的损失和破坏不同于不可再生资源由于所有火用流对环境的影响。在目前的工作,介绍了一个新的测量和可再生和不可再生的损失和破坏计算实际效果的使用可再生资源减少环境影响。

本研究强调了(火用)和exergoenvironmental分析周期中都提到的通过测量他们的整个周期和(火用)破坏比较总(火用)效率以达到一个更好的见解:(我)模型的新安排新的混合气体循环。(2)进行(火用)和exergoenvironmental分析以找到效率低下。(3)提出可再生能源因素有助于定量比较可再生和不可再生资源和更准确。

2。系统描述和假设

在本研究论文,两个场景。第一个包括定日镜太阳能领域,中央接收器,发电系统,同时第二个太阳系由换热器代替'。

图1(一)演示了SPT周期同样基于SOLGATE项目设计周期(4)的太阳能混合动力燃气轮机系统功能首先集中太阳能从定日镜场(太阳能字段)接收机安装在塔顶的作为对流/辐射热交换器。这些射线吸收的热量转化为空气压缩机。预热空气进入燃烧室为了与燃烧室的燃料混合关闭温度差距接收机出口温度(800 - 1000°C在设计点)和涡轮进口温度(950 - 1300°C)并提供恒定的涡轮进气条件尽管波动太阳能输入。塔式太阳能电站技术是使用浓度比率高达1000个太阳实现接收机温度。更详细的信息接收方开发和测试结果与接收机温度高达960°C(可以找到7]。

模型和比较两个周期,两个系统的热力学模型。系统分析了他们的设计使用提供数据和平均每年DNI太阳系。然后进行(火用)分析和排放计算系统的性能进行了比较。

在第二个场景中换热器作为替代提到太阳能在第一个周期。几个假设是为了渲染可追踪的方式分析认为本研究模型的周期下面列出:(1)所有的流程都假定在稳态条件下工作。(2)燃烧的产品和空气流被认为是理想气体。(3)天然气作为燃料进入燃烧室。(4)死亡状态酒吧和K。

3所示。配方

本研究进行了(火用)和exergoenvironmental分析在每个周期都在第一个太阳能接收器,当外部来源,第二个换热器,内部来源,被认为是。

3.1。换热器

换热器的能量平衡方程在图所示1如下: 换热器效率通常是95 - 97%,在很多情况下是100%。这里假设97%基于类似GT周期的平均值(5]: 通过换热器的压降是3%的进口压力通过燃烧室流流和3%的进口压力(5]。

3.2。太阳系

如图1,中央接收器有两个输入流,太阳射线和压缩空气被吸收的热量来自温暖的太阳射线。在这个分析热转移率为 在哪里和出口和入口焓流: 太阳能可再生热源的贡献份额显示成传统化石燃料周期和定义如下: 在哪里是通过燃料提供的热量: 和从射线进入中央接收器是释放热量:

一个可以写 DNI被定义为直接正常照度变化相关的地理情况和一个常数年度平均值在一定位置。

3.3。(火用)分析

(火用)分析是一种强大的工具在涉及电力循环(火用)破坏这些废物不能通过能量分析(8]。

值得一提的是,本研究中演示了四个概念。和分别是燃料和产品(火用)率和(火用)损失()的定义是有用的(火用)这是浪费对环境没有转换工作和(火用)破坏(由于不可逆性)。

找到合适的这些概念之间的关系,你可以写 这应该是写给所有组件示意图见表1计算的(火用)平衡。考虑到如果组件是假设绝热,(火用)损失将是零。

在本研究的研究中,两种不同来源的输入火用图所示1。下面的太阳能输入(火用)的定义是:

3.4。Exergoenvironmental分析

尽管许多研究文献中进行基于太阳能和常规电厂之间的集成方法主要是专注于能源和(火用)分析,没有对环境问题的关注。本研究突出了温室气体减排通过exergoenvironmental分析是进行两个场景。认为公司克每千克是污染物的排放。这些污染物的合适的方程如下(9]: 在哪里在燃烧区停留时间(假定常数等于0.002 s),是主要的区燃烧温度,是燃烧室进气压力,是无量纲压力降的燃烧室。

相应的公司₂计算如下(6]:

4所示。结果与讨论

4.1。单一GT, GT-Recuperator和GT太阳能性能比较

(火用)和环境影响,三个提到的周期进行了比较。(火用)效率和有限公司₂发射三提到周期呈现在图2。(火用)效率的gt太阳能是最和换热器是最。这是一个明确的结果太阳能输入(火用)效率的定义和巨大的区别和燃料(火用)。由于高温太阳能(火用)值的资源是更高的燃料(火用)相比。然而,太阳能实现大幅减少天然气消费速度,所以这个循环的排放是传统周期大约一半的大小。由于提高换热器的效率相对于单一GT周期,排放和燃料流率较低。与单一循环的(火用)或能量来源,效率和有限公司₂发射通常是负相关。

(火用)流在这三个不同的循环显示类似的行为。在图3(火用)破坏率单GT。因为它提出了燃烧室是最大的(火用)析构函数的整体破坏率的77%。同样在GT-recuperator周期中,它也呈现相同的趋势。

67%的总(火用)破坏与GT-recuperator燃烧室。减少10%的破坏是由于温度较高入口的燃烧室燃烧速率降低。如果我们考虑到换热器火用的另一个内部来源,循环资源的整体破坏率是71% GT-recuperator循环图所示4。

gt太阳能显示类似的趋势,71%的(火用)破坏太阳能部分(从太阳到空气流)和燃烧室的23%。事实上94%的(火用)与(火用)破坏或能源转换部分的最高价值在其他周期。图5显示破坏分布gt太阳能循环。

能源资源破坏总额的百分比在三个周期,而在图6(火用)效率和显示相同的趋势。所以可以得出结论,更少的(火用)破坏的循环能源资源是最有效的循环。

4.2。可再生资源和不可再生资源

(火用),gt太阳能混合动力是最糟糕的循环。(火用)定义本身并没有提供一个洞察的资源类型。

地球每天接收太阳能,不断吸收,转化,拒绝,并存储在各种类型的能源或现象。另一方面,化石燃料并非能源植物除了人类。事实上我们使用化石燃料是地球,通常生态,人类是唯一影响或对环境足迹。所以任何破坏或损失可以认为是由于化石燃料的污染或对环境的影响。

在这里,给我们的资源意义破坏,我们定义可再生和不可再生(火用)破坏和损失。是重要的(火用)损失由于与(火用)流可能会导致环境的改变,因为他们的(火用)。单GT和GT-recuperator周期都是纯粹的不可再生。然而,在gt太阳能循环来源是不同的。计算可再生能源和不可再生率在gt太阳能循环(火用)破坏和损失,我们使用以下方法。

(火用)来自两个不同的来源,太阳和天然气。我们定义了资源分配的因素如下: 然后我们假设(火用)的工作流体的代数组合各种资源。现在我们可以提供下列方程(火用)破坏和损失: 此外,太阳系(火用)破坏被认为是纯粹的可再生和破坏燃烧室被认为是纯粹的不可再生。实现上述方程和定义,不可再生破坏分布呈现在图7。

图8显示了不可再生的破坏和损失的价值在不同的周期。实现不可再生的损失和破坏,gt太阳能循环的主要优势是定量测量。不可再生的损失是人类活动对环境的影响的最小值gt太阳能循环。

gt太阳能循环参数总结在表2。在这个表,参数如太阳能,(火用)的输入,效率,和破坏不同的组件。数据被假定基于项目SOLGATE [4]。

除了提到的分析,为不同的周期和CO排放预计。结果列在下表中3。由于gt太阳能循环燃料流率最低,最低排放值。在GT-recuperator高于GT周期,因为燃烧室进气温度较高。CO排放显示了相反的趋势。

5。结论

不同的循环,而根据火用和环境分析工具。尽管gt太阳能循环是最严重的(火用)分析,其主要优势其他传统循环使用资源价值(火用)分析时突出显示。

此外,以上分析表明,资源转换过程是最具破坏性的周期。此外,循环(火用)效率和资源破坏的贡献是直接相关的循环。

总(火用)破坏gt太阳能循环是高于其他周期。然而,破坏不可再生gt太阳能在不同的场景中是最低的。作为不可再生的破坏和损失对环境造成重大影响,最好的利用可再生资源和混合gt太阳能周期最小化对环境的影响。有限公司和有限公司₂排放量也大大减少了使用太阳能混合动力循环。

命名法

:	区域,米2
情报总监:	直接正常发光,W / m2
例:	特定的(火用),焦每千克
例:	(火用),kJ
Exd:	(火用)破坏,kJ
:	资源分布的因素
GT-REC:	燃气轮机循环换热器
GT-SOL:	燃气轮机循环太阳能接收器
:	比焓、kJ /公斤
求得:	低热值,kJ /公斤
:	质量流率,kg / h
:	压力,酒吧
:	传热、焦每千克
:	特定的熵,kJ / kgK
问:	涡轮入口温度,°C
:	温度、°C。

希腊字母

:	有限公司2发射/净输出功率,
:	效率
:	定日镜场效率
:	接收效率。

下标

0:	死亡状态
梳理:	燃烧室
排版:	压缩机
:	破坏
:	燃料
GT:	燃气轮机
我:	指数
:	入口
:	损失
:	出口
:	产品
矩形:	接收机
recup:	换热器
索尔:	太阳能。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. a . m . s . Jamel Abd拉赫曼,a . h . Shamsuddin”进步的集成太阳能热能与常规和非常规发电厂,”可再生能源和可持续能源的评论,20卷,第81 - 71页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
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