破坏水库水温分层系统的能量效率估算-以金盆水库为例

中国环境科学2014,34(11)：2781~2787ChinaEnvironmentalScience破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例孙昕*,叶丽丽,黄廷林,刘伟(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)摘要：为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW·h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.关键词：分层水库；温度结构；破坏分层；能量效率中图分类号：X524/TU991文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)11-2781-07Estimationofenergyefficiencyofadestratificationsystemforreservoirs:acasestudyofJinpenReservoir.SUNXin*,YELi-li,HUANGTing-lin,LIUWei(SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’an710055,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(11)：2781~2787Abstract：Inorderguidetheselectionofeffectiveandenergy-savingdestratificationtechnologiesforreservoirs,anuniformcriteriaofenergyefficiencyshouldbedeveloped.Theaveragewatertemperatureaftercompletemixingcanbecalculatedbasedontheconservationlawsofmassandheat,thereservoir’sgravitycentresbeforeandaftermixingwerecalculated.Thetotalpotentialenergy(PE)wasdeterminedbyintegratingthePEineachthinsub-layeroverthewaterdepthwithdataofwatervolumeanddensitydependingonthewatertemperature.Thedifferenceoftotalpotentialenergybeforeandaftermixingistheminimumenergyinputrequiredfordestratification.Theminimumcarbonemissionfromdestratificationwasthencalculatedbasedonconversionratiooftheenergyconsumptiontocarbonemission.Theenergyefficiencyofadestratificationsystemwastheratiooftheminimumrequiredenergyinputtotheactualenergyinputfordestratification.TakingJinpenReservoirinXi’anasastudycase,watervolumesunderdifferentwaterlevelsofthereservoirwerenumericallycalculatedusingthegeometrydata,thisnewmethodwasappliedtoestimatetheenergyinputrequiredfordestratificationandenergyefficiencyofdestratificationsyst