[发明专利]轴流式PAT发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法

说明书

本发明提供一种简便易行、计算周期短、并且在机组正常运行范围内有着较好的预测精度的轴流式PAT发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法。其中最优效率点参数预估方法包括：I1.计算最优效率点轴向速度，I2.计算最优效率点流量，I3.计算理论水头，I4.计算计算各段的沿程水头损失和局部水头损失，I5.计算最优效率点出力功率，I6.计算发电模式最优效率点水头，以及I7.计算最优效率。性能曲线预估方法包括：II1.计算归一化流量‑水头曲线，II2.计算归一化水头‑出力功率曲线，以及II3.计算水头‑效率曲线。

技术领域

本发明属于微型水电技术领域，具体涉及一种基于相关系数的轴流式PAT发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法。

技术背景

国际能源署数据显示，近几十年来一次能源消耗总量迅速增长，能源供给缺口日益增加。为了国家和社会的可持续发展，对可再生能源进行开发和利用是十分必要的。其中，水力资源作为一种绿色环保能源，在全球范围内仍然有着巨大的技术可开发潜力。从水电开发进程来看，目前在发达国家和部分新兴国家，大中型水电站的开发程度已经相对较高并趋于稳定。对水电资源的开发逐渐由大中型水电站向小型微型水电站转变。

微型水电是指装机容量小于100kW的水力发电系统，能够根据需要灵活地建立在任何有富余能量的水系统中。为了降低各方面成本、缩短投资回收周期，将泵逆向旋转作为水轮机使用(Pump as turbine,PAT)是目前最有效的方式，得到了众多国际学者的关注和研究。相对于传统的水轮机，PAT价格较低、标准化系列化程度高、安装简便、备件易获取。这些特点降低了PAT的综合成本，一定程度上弥补了PAT与传统水轮机相比，效率较低的不足。但通常情况下，制造厂商不会测试PAT在发电模式下的性能，其最优效率点和特性曲线是未知的。造成PAT在实际应用中选型困难。

目前对于轴流式PAT发电模式的水力特性预测主要依靠模型试验或者三维CFD数值模拟。这两种方法有着较高的可靠性和较好的精确度，但缺点也十分明显。模型试验需要大量的人力、物力，试验平台和测试设备的调试安装周期较长；而数值模拟则对工程师的理论和经验要求较高，所需的时间也较长。这两种方法难以在工程实践中推广应用。

综上所述，在本领域内缺少一种简便易行的轴流式PAT发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法，来满足工程实践中对机组选型的需求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种简便易行、计算周期短、并且在机组正常运行范围内有着较好的预测精度的轴流式PAT发电模式最优效率点参数和性能曲线预估方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

最优效率点参数预估方法

本发明提供一种轴流式PAT发电模式最优效率点参数预估方法，其特征在于，包括如下步骤：I1.采用以下公式计算发电模式的最优效率点轴向速度v_m1,t：

式中，v_m1,t为绝对速度的轴向分量(m/s)，Q_pb为抽水模式最优效率点流量(m³/s)，R为翼型所处位置的半径(m)，n为叶轮转速(r/min)，D为轮缘直径(m)，d_h为轮毂直径(m)，β_e为叶轮翼型的安放角(°)，β_e,g为导叶安放角(°)；

I2.基于最优效率点轴向速度和过流面积计算发电模式最优效率点的流量Q_tb：

Q_tb为发电模式最优效率点流量(m³/s)。

I3.计算轴流式PAT的理论水头H_t,th：