中温太阳能集热驱动的功冷联产系统集成与热力性能研究

【摘要】：能源供应短缺和气候变化问题日益严重,已经逐步威胁到人类的生存。改变能源利用模式,提高能源利用效率,发展可再生能源成为国际公认的解决能源问题重要途径。太阳能资源储量巨大且无环境污染,与高能效的分布式系统结合,在节能减排方面有着巨大的潜力。因此研究分布式太阳能供能系统有着非常重要的意义。 本学位论文依托国家973项目、国家自然科学基金研究项目和国家科技支撑计划项目,参与提出了两个利用中温太阳能集热的热力循环,包括中温太阳能集热驱动的功冷联产系统和中温太阳能集热驱动的吸收-压缩复合制冷系统；利用Aspen Plus软件对这两个循环流程进行了模拟,并对循环的热力性能进行了深入研究。发现提出的两个热力循环通过动力循环和制冷循环的耦合,实现了中温太阳能集热的更高效利用,具有很好的应用前景。主要研究内容为： (1)参与提出了一个中温太阳能集热驱动的功冷联产系统。将350℃的槽式太阳能集热系统与基于正逆循环耦合的氨/水功冷联产系统有机结合,实现功冷联产。太阳热能首先驱动一个氨水混合工质朗肯循环做功,透平排气直接送入精馏塔底部作为上升蒸汽,驱动吸收式制冷循环制取-10℃冷能,从而实现了太阳热能的梯级利用。研究结果显示系统等效太阳能发电效率为19.5%,效率为13.6%,系统一次能源节约率达24.2%。最后还分析了影响系统热力性能的关键参数,研究这些参数变化对系统性能的影响规律,对系统方案优化具有重要作用。 (2)参与提出了一个新型的太阳能吸收-压缩复合制冷系统方案。该方案也是基于正逆循环耦合的概念,中温太阳能集热驱动氨水混合工质朗肯循环做功,透平排气直接进入吸收式制冷循环的精馏塔,驱动吸收式制冷循环制取-10℃的冷能,朗肯循环产生的功驱动一个氨压缩机,将蒸发器中的低压氨气升压后送入冷凝器中,从而提高整个系统的制冷量,当太阳辐照强度不足时,还可以消耗外部电能直接驱动氨压缩制冷循环,增加了系统的灵活性。对系统进行了模拟和热力性能分析,研究表明系统太阳能转化为冷能的性能系数(SCOP)达0.54,比单独太阳能制冷系统提高0.15,系统一次能源节约率为27.8%。最后研究了系统的关键参数变化对系统热力性能的影响规律,为系统的设计优化提供重要参考。 【关键词】：中温太阳集热 混合工质 功冷联产 吸收-压缩复合制冷
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK519;TB657
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 图目录12-13
• 表目录13-14
• 1 绪论14-30
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 太阳能中温热利用技术研究进展15-27
• 1.2.1 槽式太阳能热发电技术现状与研究进展16-22
• 1.2.2 太阳能吸收式制冷技术现状与研究进展22-27
• 1.3 本文的主要工作和研究内容27-30
• 2 中温太阳能集热驱动的功冷联产系统模型30-46
• 2.1 概述30
• 2.2 中温太阳能集热驱动的功冷联产系统介绍30-32
• 2.2.1 系统流程介绍30-32
• 2.2.2 系统集成原则及特点32
• 2.3 参比系统介绍32-34
• 2.4 系统评价准则34-36
• 2.5 系统模拟及结果36-45
• 2.5.1 参比系统的模拟验证36-38
• 2.5.2 太阳能集热子系统模拟38-41
• 2.5.3 功冷联产子系统模拟41-42
• 2.5.4 设计条件下系统的性能42-45
• 2.6 本章小结45-46
• 3 中温太阳能集热驱动的功冷联产系统热力性能分析46-60
• 3.1 概述46
• 3.2 系统（火用）平衡分析46-51
• 3.2.1 系统各部件（火用）损计算46-48
• 3.2.2 系统（火用）损失分布48-51
• 3.3 关键参数敏感性分析51-57
• 3.3.1 太阳能直射辐照强度对联产系统性能的影响51-54
• 3.3.2 冷却水温度对联产系统性能的影响54-55
• 3.3.3 透平进口压力对联产系统性能的影响55-57
• 3.4 本章小结57-60
• 4 新型中温太阳能集热驱动的吸收-压缩复合制冷系统模拟及分析60-82
• 4.1 概述60
• 4.2 中温太阳能集热驱动的吸收-压缩复合制冷系统介绍60-63
• 4.2.1 系统流程介绍60-62
• 4.2.2 系统集成原则及特点62-63
• 4.2.3 参比系统介绍及验证63
• 4.3 系统评价准则63-65
• 4.4 系统模拟及结果65-69
• 4.4.1 系统的模拟65-66
• 4.4.2 设计条件下系统的性能66-69
• 4.5 系统（火用）平衡分析69-74
• 4.5.1 系统各部件（火用）损失的计算69-71
• 4.5.2 系统（火用）损失分布71-74
• 4.6 关键参数敏感性分析74-80
• 4.6.1 太阳能直射辐照强度对太阳能复合制冷系统性能的影响74-76
• 4.6.2 冷却水温度对太阳能复合制冷系统性能的影响76-78
• 4.6.3 透平进口压力对太阳能复合制冷系统性能的影响78-80
• 4.7 本章小结80-82
• 5 结论82-86
• 5.1 论文的主要结论82-83
• 5.2 论文的主要创新点83-84
• 5.3 展望84-86
• 主要符号说明86-88
• 参考文献88-96
• 攻读硕士学位期间发表论文目录96-97
• 硕士学位论文科研项目背景97-98
• 致谢98

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