。
[0187](二)總傳熱系數(shù)計(jì)算公式及結(jié)果
[0189] 其中，K為總傳熱系數(shù);其它參數(shù)為上述內(nèi)容(一)計(jì)算條件中的參數(shù)的意義。
[0190] 3、能量交換器傳熱能量的十算：
[0191] ( - )總傳熱系數(shù)K = 38.02W/(m2 ? k)
[0192] (二）傳熱面積A = 2 X 3.14 X 0.522m X 500m = 1639.08m2
[0193] (=)對(duì)數(shù)平均溫差A(yù)t:能量交換器是一個(gè)雙層封閉管道系統(tǒng)，在里層流動(dòng)的是自 上而下的液態(tài)第一制冷劑，預(yù)設(shè)高度處的液態(tài)的第一制冷劑為192°C液態(tài)第一制冷劑，從能 量交換器中輸出的液態(tài)的第一制冷劑為188.22°C液態(tài)第一制冷劑，第一管道外壁和第二管 道內(nèi)壁之間流動(dòng)的是自下而上的溫度始終為-78.52°C飽和氣態(tài)第一制冷劑，能量交換器中 的熱能交換方式為逆流，計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差A(yù) t = 268.63°C。
[0194] (四）能量交換器傳熱能量Q
[0195] Q=KXAX At
[0196] =38.02W/(m^ ? k) X 1639.08m^X268.63°C
[0197] 3 16740436.4W
[019引 ? 3185000WX5.256
[0199] 其中，K為總傳熱系數(shù)，A為傳熱面積，A t為對(duì)數(shù)平均溫差。
[0200] 4、結(jié)論:經(jīng)過(guò)計(jì)算該能量交換器熱能交換能力是設(shè)計(jì)能力的5倍W上，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)。
[0201] 四、具體設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算
[0202] 計(jì)算從空氣能發(fā)電站底部第一過(guò)濾器11、第一膨脹閥12噴發(fā)出來(lái)進(jìn)入第一蒸發(fā)器 3的流量為0.59mVs的液態(tài)的二氧化碳吸收汽化熱及上升500m高度需要的能量，W及鼓風(fēng) 機(jī)1、風(fēng)機(jī)4、第一壓縮機(jī)6的功率。
[0203] 本發(fā)明實(shí)施例中的相關(guān)數(shù)據(jù)：
[0204]液態(tài)C02汽化熱為350KJ/kg，液態(tài)C02的比熱容為1.295KJ/(kg ? °C)，液態(tài)C02的密 度為llOOkg/m3,液態(tài)C02的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-78.5°C，氣態(tài)C02的比熱容為0.84KjAkg ? °C)， 氣態(tài)C〇2的飽和蒸汽密度為53.4化g/m3。
[0205] 空氣能發(fā)電站啟動(dòng)前，首先需采取措施將相應(yīng)的不同狀態(tài)的第一制冷劑的溫度進(jìn) 行調(diào)節(jié)。
[0206] 空氣能發(fā)電站正常啟動(dòng)后，從第一冷凝器8輸出的具有重力勢(shì)能的流量為0.59m3/ S溫度為192°C的液態(tài)的第一制冷劑經(jīng)過(guò)能量交換器5后，溫度下降3.78°C變成188.22°C，并 沖擊水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電后進(jìn)入第一過(guò)濾器11、第一膨脹閥12、第一蒸發(fā)器3中，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓下首先降溫放熱，并同時(shí)快速吸收來(lái)自外界空氣能2之后第一制冷劑達(dá)到溫度為-78.52°C的汽化狀態(tài)，汽化后的第一制冷劑經(jīng)風(fēng)機(jī)4排出，之后在吸收風(fēng)機(jī)4、能量交換器5、 第一壓縮機(jī)6輸入的熱能后，連續(xù)上升500米高度變成溫度為-78.5°C速度為20.75m/s且含 大量汽化熱的飽和氣體沖擊第一冷凝器8里的液態(tài)的二氧化碳，同時(shí)釋放大量汽化熱，氣 態(tài)的二氧化碳自身液化并吸收全部汽化熱后變成流量為0.59m 3/s溫度為192°C的具有重力 勢(shì)能的液態(tài)的二氧化碳，完成熱能到重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，開(kāi)始新一輪的能量轉(zhuǎn)化。
[0207] 空氣能發(fā)電站中鼓風(fēng)機(jī)1、風(fēng)機(jī)4和第一壓縮機(jī)6的功率相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的功率來(lái) 說(shuō)占比是較小的，同時(shí)大型第一冷凝器8里具有重力勢(shì)能的流量為0.59mVs溫度為192°C液 態(tài)的二氧化碳從預(yù)設(shè)高度15為500m，實(shí)際壓力高度為523m處下降沖擊水輪發(fā)電機(jī)組10產(chǎn)生 2660kw電力，扣除290kw啟動(dòng)功率，剩余凈2370kw電力送入國(guó)家電網(wǎng)14，從而完成重力勢(shì)能、 動(dòng)能至電能的轉(zhuǎn)化，通過(guò)不斷循環(huán)將空氣能大幅度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，之后流量為?59m 3/s溫度 為187.53°C液態(tài)的二氧化碳又通過(guò)第一過(guò)濾器11、第一膨脹閥12進(jìn)入第一蒸發(fā)器3,開(kāi)始新 一輪的能量轉(zhuǎn)化。
[0208] 五、關(guān)于空氣能發(fā)電站模型空氣能發(fā)電站中第一壓縮機(jī)6能效比相關(guān)計(jì)算及說(shuō)明。
[0209] 1、模型計(jì)算條件：
[0210] ①空氣能發(fā)電站模型引用發(fā)電流量為0.59m3/s液態(tài)的二氧化碳，其氣態(tài)的二氧化 碳飽和蒸汽上升流量為12.2m^s;
[0211] ②流量為12.2mVs氣態(tài)的二氧化碳飽和蒸汽上升500米所需要的能量650 X 500 X 9.8 = 3185000J;
[0212] ③第一壓縮機(jī)理論效率計(jì)算公式：不考慮外界因素的理論效率COP理為：
其中，At為氣態(tài)的二氧化碳的溫升，T為環(huán)境溫度，COPs為不 9 考慮外界因素的理論效率。
[0213] 考慮實(shí)際運(yùn)行的各種因素，電動(dòng)機(jī)效率為0.95,第一壓縮機(jī)效率為0.8,換熱器效 率為0.9，系統(tǒng)效率為0.8，則實(shí)際的效率COP實(shí)為:COP實(shí)=0.95 XO.8X0.9X0.8*0.55C0怕。
[0214] 化=cm At;
[0215] 其中，COP實(shí)為實(shí)際的效率;COP理為不考慮外界因素的理論效率;C為氣態(tài)的二氧化 碳的比熱，c = 1295J化g- °C)，m為二氧化碳的質(zhì)量650kg，At為氣態(tài)的二氧化碳的溫升，環(huán) 境平均溫度T定為rc。
[0216] 2、模型電站第一壓縮機(jī)6能效比及功率計(jì)算：
;其中，A t為氣態(tài)的二氧化碳的溫 升，T為環(huán)境溫度，CO怕為不考慮外界因素的理論效率。
[0218] 推導(dǎo)出公式I:
[0220]其中，公式1中At為氣態(tài)的二氧化碳的溫升，CO怕為不考慮外界因素的理論效率。
[0221]②計(jì)算達(dá)到汽化狀態(tài)后的-78.52°C氣態(tài)的二氧化碳飽和蒸汽勻速上升吸收來(lái)自 能量交換器內(nèi)部流量為0.59m3/s溫度為192°C液態(tài)的二氧化碳的汽化熱后氣態(tài)的二氧化碳 的溫升At,公式2:
[0223]③模型電站第一壓縮機(jī)6能效比計(jì)算
[0225] 公式3中，A t為氣態(tài)的二氧化碳的溫升，CO怕為不考慮外界因素的理論效率。
[0226] 從而求出：
[0227] 不考慮外界因素的理論效率CO怕-47.94;
[022引實(shí)際的效率COP實(shí)=0.55X47.94 - 26.3;
[0229] ④模型電站第一壓縮機(jī)6功率計(jì)算
[0230] 模盤(pán)電誌第一遠(yuǎn)輸機(jī)6功率
[0231] 3、模型計(jì)算結(jié)論：
[0232] 通過(guò)計(jì)算，流量愈大，溫升愈小，則實(shí)際的理論效率值愈大，反之則愈小。根據(jù)空氣 能發(fā)電站模型實(shí)際動(dòng)態(tài)情況計(jì)算分析，本系統(tǒng)第一壓縮機(jī)6搬運(yùn)熱能的效率可達(dá)2630% W 上，即如果空氣能發(fā)電站中采用1臺(tái)122kw即122kw功率的第一壓縮機(jī)，就應(yīng)該得到功率為 3185kw的重力勢(shì)能，加上ISkw風(fēng)機(jī)4、122kw第一壓縮機(jī)6共計(jì)3325kw，按照水輪發(fā)電機(jī)組的 效率為0.8計(jì)算，發(fā)電站的實(shí)際功率為2660kw。然后扣除風(fēng)機(jī)4功率18kw、第一壓縮機(jī)6功率 122kw、鼓風(fēng)機(jī)1功率150kw合計(jì)290kw，凈發(fā)電功率為2370kw，運(yùn)個(gè)122kw第一壓縮機(jī)6的功率 相對(duì)于發(fā)電站總功率2370kw占比是較小的。
[0233] 六、關(guān)于空氣能發(fā)電站中第一蒸發(fā)器3外圍的鼓風(fēng)機(jī)1功率的相關(guān)計(jì)算及說(shuō)明。
[0234] 1、相關(guān)數(shù)據(jù)：
[0235] ①空氣密度P 為P = l.：3kg/m3;
[0236] ②空氣比熱容C為C = IOOSJ化g ? °C);
[0237] ③鼓風(fēng)機(jī)1功率150kw;
[023引④空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的面積S，計(jì)算公式為S =町2 S 3.14X3.02 - 28.26m2;其中，r為 鼓風(fēng)機(jī)的半徑;n為常數(shù)，為3.14。
[0239] ⑤空氣經(jīng)第一蒸發(fā)器吸熱后降溫5°C ;
[0240] ⑥鼓風(fēng)機(jī)效率11 = 0.8。
[0241] 2、相關(guān)計(jì)算及說(shuō)明：
良 P18.37v3 = 120000， 得到V * 18.69m/s，則:
[0243] m = VSp = 18.69 X 28.26 X 1.3 ? 686.77kg/s
[0244] E = 686.77kg/sX1005J(kg ? °C)X5°C=：M51019w-：M51kw>3185kw;
[0245] 其中，m為通過(guò)的空氣質(zhì)量，V為通過(guò)的空氣速度，E為通過(guò)的空氣所搬運(yùn)的空氣熱 能，S為空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的面積，P為空氣密度。
[0246] 說(shuō)明，效率為0.8的150kw的鼓風(fēng)機(jī)1，通過(guò)面積為28.26m2的空氣質(zhì)量溫度降低5°C 所搬運(yùn)的空氣熱能大于被第一蒸發(fā)器吸收的熱能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)個(gè)150kw功率相對(duì)于發(fā) 電站總功率2370kw占比是較小的。
[0247] 屯、關(guān)于空氣能發(fā)電站中風(fēng)機(jī)4的作用和功率的相關(guān)計(jì)算及說(shuō)明。
[024引1、相關(guān)數(shù)據(jù)：
[0249] ①飽和的氣態(tài)的第一制冷劑二氧化碳密度為p = 53.4化g/m3;
[0250] ②單位時(shí)間搬運(yùn)的飽和的氣態(tài)的第一制冷劑二氧化碳質(zhì)量為650kg;
[0巧1 ]③飽和的氣態(tài)的第一制冷劑二氧化碳的體積為
[0巧2] ④風(fēng)機(jī)4的排氣面積S =町2 - 3.14 X 1.02 - 3.14m2;其中，r為風(fēng)機(jī)4的排氣半徑;JT 為常數(shù)，為3.14。
[0巧3] ⑤風(fēng)機(jī)效率Ii = 0.7。
[0254] 2、相關(guān)計(jì)算及說(shuō)明：
[0255] 風(fēng)機(jī)4的作用主要是確保液態(tài)的二氧化碳在第一蒸發(fā)器3中汽化所對(duì)應(yīng)的氣壓，根 據(jù)計(jì)算1秒內(nèi)搬運(yùn)的二氧化碳質(zhì)量為650kg，則根據(jù)氣態(tài)的二氧化碳密度和風(fēng)機(jī)4的排氣面 積求出風(fēng)速V = 3.9m/s，根據(jù)風(fēng)機(jī)4的效率和搬運(yùn)的二氧化碳的質(zhì)量求出風(fēng)機(jī)4的功率為 7kw，實(shí)際選用18kw。根據(jù)能量守恒定律分析，必然在水輪發(fā)電機(jī)組10的位置體現(xiàn)18kw，運(yùn)個(gè) ISkw的功率相對(duì)于發(fā)電站凈功率2370kw來(lái)說(shuō)是微不足道的。
[0256] 綜上，正常情況下運(yùn)個(gè)發(fā)電系統(tǒng)只要采用290kw啟動(dòng)電源13就可W全年平均產(chǎn)生 2370kw的電能，它的實(shí)際效率可W達(dá)到717%。根據(jù)不同地區(qū)、不同季節(jié)該系統(tǒng)產(chǎn)生的電能 功率也將有所變化。
[0257] 八、投資效益分析 [0巧引投資測(cè)算
[0259] 1、購(gòu)買(mǎi)安裝426m3液態(tài)CO270萬(wàn)
[0260] 2、購(gòu)買(mǎi)安裝500m O 4500mm玻璃鋼管道:400萬(wàn) [0%1 ] 3、購(gòu)買(mǎi)安裝550m〇 1000 mm不誘鋼管道:100萬(wàn) [0%2] 4、購(gòu)買(mǎi)安裝1組X 125kw第一壓縮機(jī)系統(tǒng):30萬(wàn)
[0263] 5、購(gòu)買(mǎi)安裝2組X leOOkw水輪發(fā)電機(jī)組:300萬(wàn)
[0264] 6、150m2 廠(chǎng)房：100 萬(wàn)
[0265] 7、大型保溫第一冷凝器8系統(tǒng):50萬(wàn)
[0266] 8、±建工程、臨時(shí)工廠(chǎng)、其他費(fèi)用：150萬(wàn)
[0267] 9、設(shè)計(jì)費(fèi)：100萬(wàn)
[0268] 10、合計(jì)：1300 萬(wàn)
[0269] 發(fā)電效益測(cè)算
[0270] 1、設(shè)計(jì)全年發(fā)電量:2370X24X350 = 19908000kw ? h
[0271 ] 2、全年發(fā)電效益:0.4化W ? h) X 19908000kw ? h - 796.32萬(wàn)元
[0272] 3、環(huán)保效益:模型電站全年發(fā)電量是1990.8萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約7210噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 同時(shí)將減少17865噸大氣污染源，而系統(tǒng)只需要1764m3液態(tài)的二氧化碳，假設(shè)每年補(bǔ)充17m3 液態(tài)的二氧化碳，環(huán)保效益可達(dá)
，同時(shí)根據(jù)清潔發(fā)展機(jī)制Clean Deve Iopment Mechanism，簡(jiǎn)稱(chēng)CDM二氧化碳交易平均價(jià)格45元/噸計(jì)算，每年將剩