Оценка энергетических потерь в насосных системах с осевым потоком при реверсивной выработке электроэнергии на основе теории производства энтропии

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8667 (2022) Цитировать эту статью

892 Доступа

3 цитаты

Подробности о метриках

Использование существующего оборудования крупных насосных станций для обратной выработки электроэнергии из остаточных вод является нереализованным, но ценным проектом возобновляемой энергетики. В настоящее время некоторые крупные насосные станции с осевым потоком начали выполнять операции обратной выработки электроэнергии; однако соответствующие исследования еще не начались. В этой статье теория генерации энтропии применяется к крупномасштабной системе насосных станций с осевым потоком в операциях обратной выработки электроэнергии, а метод генерации энтропии используется для исследования точного размера и распределения рассеяния механической энергии каждого компонента при различных потоках. условия. Сначала экспериментально проверяются энергетические характеристики и колебания давления в насосе системы крупноосевых насосных станций в условиях реверсивной генерации электроэнергии. Достоверность численного расчета генерации энтропии проверена как экспериментально, так и теоретически. Затем сравнивается доля каждого компонента в общем производстве энтропии, чтобы проиллюстрировать, какой вклад каждый компонент вносит в общее производство энтропии системы и как этот вклад меняется при изменении условий эксплуатации. Затем точно определяется тип производства энтропии каждого компонента при различных условиях потока, выявляя изменения в пропорциях различных типов производства энтропии каждого компонента. Наконец, выбираются компоненты с большой диссипацией механической энергии, и тщательно анализируются изменения и причины распределения диссипации энергии компонентов при различных условиях потока. Результаты исследования могут помочь лучше понять механизм рассеяния энергии в больших насосных системах с осевым потоком в операциях обратной выработки электроэнергии.

В последние годы реверс насосов становится все более популярным методом замены работы турбин в технике1,2,3,4,5,6, а многие микро- и малые ГЭС в отдаленных районах стали использовать реверс осевых насосов для замены турбинные операции7,8,9,10,11. Некоторые системные администраторы крупных осевых насосных станций в Китае обнаружили, что обратная выработка электроэнергии с использованием приточной воды, поступающей вверх по течению, может генерировать большое количество чистой энергии, обеспечивая при этом значительные экономические выгоды. Поэтому некоторые попытки обратной выработки электроэнергии с использованием осевых насосных станций были реализованы в реальных условиях.

Текущая эксплуатация различных крупных насосных станций с осевым потоком для обратной выработки электроэнергии12 показала, что технически возможно использовать обратную работу большой насосной системы с осевым потоком для выработки электроэнергии. Однако для широкого использования насосных станций с осевым потоком для выработки электроэнергии с обратным потоком необходимо сначала изучить коэффициент использования энергии воды с низким напором и энергетические преимущества, предлагаемые выработкой электроэнергии с обратным потоком в больших насосных системах с осевым потоком. Это требует углубленного изучения механизмов потерь напора и рассеяния энергии в больших насосных системах с осевым потоком в операциях обратной выработки электроэнергии.

Исследователи в Китае и за рубежом изучали характеристики выработки обратной мощности осевыми насосами, в основном уделяя особое внимание оптимизации рабочего колеса небольших осевых насосов для улучшения гидравлических характеристик осевых насосов, работающих в качестве турбин на гидроэлектростанции Пико13,14. На сегодняшний день исследования энергетических характеристик и механизмов диссипации энергии крупных насосных систем с осевым потоком в операциях обратной выработки электроэнергии все еще отсутствуют.

Метод падения давления в последние десятилетия стал наиболее широко используемым методом изучения гидравлических потерь и рассеяния энергии в гидравлических машинах. Однако метод перепада давления не может определить конкретное место рассеяния энергии или количественно оценить рассеяние энергии. В последние годы некоторые ученые предложили внедрить теорию производства энтропии в машины с вращающейся жидкостью, чтобы оценить механизмы рассеивания энергии в машинах с жидкостью15,16,17,18,19,20,21. Гонг и др.19 впервые использовали теорию производства энтропии для оценки потерь внутреннего потока турбин Фрэнсиса и определили конкретное местоположение и интенсивность потерь внутреннего потока в турбинах. Чанг и др.20 применили теорию производства энтропии для изучения внутренних потерь потока и механизмов рассеяния энергии самовсасывающего насоса и оптимизировали профиль лопастей самовсасывающего насоса на основе результатов анализа производства энтропии. Пей и др.22 разработали шесть групп с разными расстояниями между рабочим колесом и направляющим аппаратом для осевого насоса с низким напором. С использованием теории производства энтропии исследовано диссипация энергии в аксиальном насосе при различных схемах. Было обнаружено, что турбулентная диссипация доминирует в потреблении механической энергии осевого насоса. Мохаммад и др.23 проанализировали механизм рассеяния энергии небольшого центробежного насоса с приводом от реверсивной турбины при различных условиях потока, используя теорию производства энтропии. Установлено, что вихрь на входе в рабочее колесо и отрыв потока на выходе из рабочего колеса являются основными причинами генерации энтропии в небольшом центробежном насосе, приводимом в действие реверсивной турбиной. Потери производства энтропии в вытяжной трубе были наиболее очевидными в потерях производства энтропии компонентов PAT.