余热利用

本技术属于《国家重点支持的高新技术领域》第四类“新材料”中“金属及金属基复合新材料制备技术”的研究范畴。 我国建有世界最大的输电网络，运行总里程近150万公里，年电阻损耗高达2千亿kWh。我国领先开发硼化、稀土化技术，将铝导体导电率由59%IACS提升到61%IACS，但在低成本保证强度下进一步提高导电率遇到了困难，长期无法突破。主要存在以下技术难题：①没有掌握微合金元素匹配提高导电率的方法，缺少对应的配方；②工业纯铝熔液中2μm以下微杂质和微气孔不能有效去除，影响强度和导电率；③传统轧制和热处理工艺难以兼顾高强度和高导电率，且能源利用率低。针对以上问题，国网河北电科院牵头，通过产学研联合攻关，提出了富铁相析出提高导电率的新方法，发明了原料配方、铝液净化、导线制备工艺等专有技术，实现了低成本下铝导体导电率和强度同步提升。 本项目发明了高强度高导电率低成本铝导体材料制备技术。建立了微量元素存在状态与性能的关系模型，掌握了铁硅、硅锑等微合金化元素最佳配比，发明了用99.7%电工铝锭生产63%IACS高导电率硬铝导体的成分配方，首次提出富铁相析出提高导电率的新方法，突破了原料纯度要求高的技术瓶颈。发明了有效去除微缺陷的铝熔液净化系列技术。提出了Al2O3纳米刺球吸附微气泡和微杂质，惰性气体、离心、真空复合除氢，聚合气孔抑制组合技术，开发了米刺球制备装置、铝液除氢系统、旋压浇注装置，有效去除微缺陷，保留了原有合金成分，系统解决了气孔、杂质降低导线强度和导电率的技术难题。发明了节能型铝丝制备技术。提出了将温度控制和余热利用相结合，低温轧制、分段热处理的导线制备新工艺，通过富铁相沿晶界析出、晶粒径向细化和轴向延长，在保证强度的基础上提高了导电率，攻克了低成本稳定生产63%IACS高导电率硬铝导线的技术难关。 本项目授权发明专利8项，发表核心及以上论文6篇。单丝和导线均通过了国家权威机构检测。经中国电机工程学会成果鉴定，整体技术达到了国际领先水平。本技术还应用于其它铝导体制备，成功开发出铝包钢芯高导电率铝绞线、63%IACS高导电率铝导体，带动系列铝导体研究迈上了更高层级，极大提升了我国输电技术水平。

吸收式热泵从汽轮机低压紅进汽导管上抽汽并从凝汽器的排汽损失中回收热量，这与传统的汽水换热器供热方式不同。汽轮机、凝汽器和吸收式热泵三者之间的耦合，改变了原已优化的热力系统参数。需要根据供热参数，将吸收式热泵作为电厂热力系统的有机组成部分，重新考虑其对冷端系统的影响。吸收式热泵供热系统中凝汽器的工作特性将同时影响汽轮机发电和热泵供热两个方面。若维持汽轮机的主蒸汽参数和中压缸排汽参数不变，发电功率只与供热抽汽量和背压有关：供热抽汽量由热泵热负荷和热泵的性能系数决定，汽轮机背压与凝汽器的入口水温度有关。因此在确定的供热负荷和电负荷条件下，最基本的变量就是凝汽器的入口水温度：凝汽器入口水温度升高，背压升高，发电功率有减小的趋势；同时热泵的C0P增大，消耗的蒸汽量减少，进入低压缸的蒸汽量增加，汽轮机发电功率又有增大的趋势。反之，汽轮机功率变化趋势相反。因此，在一定的热电负荷范围内，就可能存在一个最佳的入口水温度、机组真空和供热抽气量，使得供热机组煤耗率最低，从而获得较高的经济收益。由于供热系统的各个模型并不是孤立的，各个设备相互耦合，因此找到热泵低温余热利用系统的优化运行措施对进一步提高供热电厂整体经济性就显得必要而又紧迫。

清洁高效的区域综合能源系统是推动能源转型，实现清洁低碳、安全高效供能。按能源品位实现余热高效梯级利用，是区域能源系统灵活、高效运行的重要措施之一。 现系统存在余热品位高质低用，运行调整灵活性差，供需不匹配等技术难题，本项目针对上述难题，根据“按质用能，梯级利用”原理，针对不同温度余热进行回收和利用，经过理论分析、系统集成、优化运行及工程应用等研究工作，形成了低品位热冷负荷动态响应供能集成方法、全温区全时段储能耦合技术、供需一体化匹配设计与灵活高效运行技术等系列成果，解决了供需匹配和余热高效利用难题。 取得系列具有自主知识产权的成果，共申请专利50项（其中已授权发明专利8项，已授权实用新型26项，实质审查发明专利16项），软著3项，发表论文23篇（其中SCI1篇，EI4篇），编制行业标准2项，企业标准4项。成果经中国电力企业联合会鉴定，鉴定委员会认为，项目成果燃机余热锅炉烟气余热高效供能技术、余热梯级转换和分级储能的高效调控技术、燃机余热利用与储能的耦合设计方法达到国际先进水平，研究成果为区域能源系统集成设计、灵活高效运行提供了重要的技术支撑，具有显著的经济效益、社会效益和推广价值。

在低温多效海水淡化工艺中，高压蒸汽通过蒸汽热压缩器(TVC) 引射回收蒸发器后效低压蒸汽，提高了系统的热经济性。尽管TVC的工程造价在整个系统中所占的比例不(5%~10%)，但是能够显著提高海水淡化造水比指标(1 倍以上)，其性能对海水淡化成本起着关键作用，因此高性能TVC的研究一直是海水淡化领域的重要课题。 TVC内部流场复杂，且存在不同流体的激波干涉、粘性干扰以及气体效应等复杂物理现象，传统设计方法对流场的物理过程过度简化，使得最终设计性能偏低。多年来国内研究人员对其进行了大量的试验研究，但最终没有形成有效的设计方法。受限于国内设计水平，海水淡化领域TVC市场一直被国外生产商垄断。以沧东电厂2. 5万吨/日海淡工程为例:国内自主设计TVC引射能力仅有0.6，国外提供的TVC引射能力可以达到0.84。配置国产TVC较配置进口TVC海水淡化装置制水蒸气成本高7%~ 8%，即每吨淡水增加成本0.2元左右，每年增加运行成本179万元。实现国内自主设计制造，对工程成本和建设工期的控制都有很大收益。 因此，开发高性能TVC,掌握自主知识产权，对提高海水淡化系统国产化率，以及降低系统成本、推动海水淡化产业发展有重要意义。另外，在真空制备、制冷、余热利用等领域也可推广使用。

本项目属于节能减排技术领域，中电机鉴定：“整体达到国际先进水平，其中高背压和热泵供热一体化技术方案居国际领先水平”。 在当前排放总量及燃煤总量控制情况下，如何满足城市供热需求，是现在能源利用和节能减排面临的主要问题。另一方面，热电厂汽轮机余热不能全部回收，2×300MW供热机组由此造成的年余热损失相当于4-5万吨标煤，同时热网热源缺乏协调、汽机末级叶片安全等问题都制约了热电厂余热利用。 本项目是以全厂汽轮机余热供热最大化为目标的关键技术，首次提出多技术路线耦合的余热供热方案，研发了基于物联网的智能网源协调调度系统，创新了余热供热汽轮机末级叶片安全监控方法。研究成果及示范工程表明，项目在实现了汽轮机余热全部回收的同时，余热供热能力提升了一倍。

本项目成果首次提出存在最佳低温循环水热泵入口温度（即最佳低压缸排汽压力），建立了汽轮机组和吸收式热泵余热回收系统联合仿真模型，进行了系统集成优化研究，为实际工程项目提供技术指导。首次实现了吸收式热泵供热技术在国内300MW等级闭式循环水冷机组上的成功工程应用，研究成果处于国内外领先水平。实现了在不新增燃煤量，不影响机组发电负荷的情况下，电厂供热能力提高30%以上、综合能源利用效率提高近20%的目标。首次制定了针对火电厂低温余热回收系统的运行优化控制策略，优化了余热回收系统的接入方式，提高了系统运行可靠性，保证机组及余热回收系统的安全运行。 该项目成果符合国家当前“节能减排”战略和“建设资源节约型环境友好型”基本国策，是电厂进行技术革新、提高能效和增加效益的有效途径。项目在不新增燃煤量情况下，为实施电厂带来大幅的节能减排效益。项目取得的技术成果在国内火电行业具有极大的推广价值，同时该项技术在电力行业处于发展的初期阶段。根据《2010年热电联产发展规划及2020年远景发展目标》，预计到2020年，全国热电联产总装机将达到2亿千瓦，其中集中供热和工业生产用热的热电联产装机为1亿千瓦，热电联产将占全国火电机组的比例为37%左右。北方地区城镇集中供热面积到2020年达到75亿m2，供热需求和缺口巨大。巨大的供热需求，给供热机组改造、余热利用技术等带来了巨大发展机会。

电力系统的负荷总是变动的，为了碾平电力系统的高峰，缓和电力供需矛盾,提高电网负荷率和设备利用率，填平低谷，促进用户的计划用电和节约用电，峰谷电价制度应运而生。电力作为经济社会发展的支撑性行业，如何在未来保障电力能源的可靠和可持续供应，同时降 低能源产业对环境的负面影响,其路径无疑是清晰而明确的，即从生产和消费两个环节同步开展工作，在发电环节通过提高能源生产效率、加快实现可再生能源对化石能源的有效替代，降低发电总能源消耗量:在消费侧,.通过引导用户合理用电，-方面削减不合理用电需求，降低能源消费总量:另一方面促进负荷曲线平衡，助力发电领域能耗的降低。储能的应用将发挥不可替代的作用。相变储能技术可解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。可用于电蓄冷热、新能源、工业余热利用、绿色节能建筑、新型家用电热电器、航空航天、电池热能管理领域。 高密度相变储能设备从根本上解决了目前供暖节能、减排的问题，为绿化环境提供了良好的解决方案。采用低谷电进行储能，碾平电力系统的高峰，节省运行成本。 独立研发的高密度高焓值纳米复合相变材料，解决了单一无机材料焓值低、密度小的问题，大大缩小了设备的占地面积。同时，“CPCM”循环稳定性好，相比于其他储能技术，实现了“设备10年免维护”。利用三维网状泡沫金属网格与相变材料结合，增强材料的导热性，提高设备换热效率。采用云端智能控制技术，监测并分析运行数据，实现大数据智能调控。