地热能有机朗肯循环发电系统运行参数的分析及仿真

【摘要】：能源是社会发展的动力源泉。目前,我国是世界的能源消费大国,但是常规能源的储量满足不了长远的需求量,为了实现资源、环境与社会的可持续发展,清洁、可再生能源的开发利用是未来的最终目标。近些年来,各国家已经推出了加大新能源利用的政策,与此同时我国在“十二五‘规划中明确规定鼓励开发利用新能源。我国的地热资源比较丰富,占全球地热资源的8%左右,地热发电设备简单投资小运行稳定,其中有机朗肯循环(Organic Rankine Cycla,ORC)发电技术是回收低品位热源的一种有效方式,目前已得到了广泛的应用。在熟悉中低温发电系统研究现状的基础上,对利用地热水资源的ORC发电系统进行了深入研究,通过对工质的筛选、循环参数的分析,对系统实际运行的某一工况进行仿真来预测其它运行工况,以便对设计以及运行工况提出指导或调整。为了方便系统的运行调控,编写了系统设计和仿真的GUI用户界面。基于工质的环保原则,本文选取了19种零ODP和低GWP的HFCs和HCs类工质,分别以循环净输出功和循环热效率最大为筛选标准,分析了其中6种干工质和6种等熵工质对应的发电性能。综合循环净输出功和循环热效率,认为HFC245fa比较适合于作为该有机朗肯发电循环的优选工质。对地热水驱动的ORC发电循环在变热源流量、变热源温度、变冷却水流量和变冷却水温度4种工况下,分析了循环性能及循环参数随蒸发温度、冷凝温度、过热度(过冷度)及窄点温差的变化规律,为系统设计和变工况下调整系统处于稳定状态提供参考,并得到具有参考价值的结论:(1)提高热水的流量和温度,可使循环净输出功增大,同时4个参数的变化都引起了循环输出功的变化;而循环热效率变化不明显,但是随着蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的上升而降低。(2)提高冷却水流量,可增大循环净输出功,循环热效率几乎不受影响,而是随着蒸发温度和冷凝温度的上升而明显增大,随过冷度的增加有小幅降低。(3)降低冷却水的温度,可以使得循环净输出功增大,而循环热效率变化亦不明显,循环热效率的提高主要取决于循环内部参数蒸发压力和冷凝压力的变化。最后采用matlab软件编程并结合物性计算软件,对实际ORC发电系统进行仿真,并将500W ORC发电系统的仿真结果和实验结果进行了对比,验证结果在20%以内。在此基础上,建立了一个有别于500W试验系统组成的500k W ORC发电系统的仿真;为了方便用户操作和直观地看到运行结果,建立了ORC发电系统的参数设计用户界面和实际ORC发电系统的用户仿真界面。 【关键词】：ORC循环 系统仿真 地热发电 工质筛选
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM616
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 利用地热发电的意义11
• 1.3 中低温发电系统的研究现状11-15
• 1.3.1 有机朗肯循环的研究11-13
• 1.3.2 循环工质的研究13-14
• 1.3.3 ORC系统仿真的研究14-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第二章ORC发电系统工质筛选17-24
• 2.1 ORC发电的基本原理17-18
• 2.2 循环工质的筛选18-22
• 2.2.1 工质筛选的原则18-19
• 2.2.2 工质筛选的方法19-20
• 2.2.3 工质的筛选结果20-22
• 2.3 窄点温差定义及意义22
• 2.4 小结22-24
• 第三章 地热能ORC发电系统变工况计算分析24-48
• 3.1 热源流量变化工况24-30
• 3.1.1 变热源流量下蒸发温度的影响24-26
• 3.1.2 变热源流量下冷凝温度的影响26-27
• 3.1.3 变热源流量下过热度的影响27-29
• 3.1.4 变热源流量下蒸发器内窄点温差的影响29-30
• 3.2 热源温度变化工况30-36
• 3.2.1 变热源温度下蒸发温度的影响30-32
• 3.2.2 变热源温度下冷凝温度的影响32-33
• 3.2.3 变热源温度下过热度的影响33-34
• 3.2.4 变热源温度下窄点温差的影响34-36
• 3.3 冷源流量变化工况36-42
• 3.3.1 变冷源流量下蒸发温度的影响36-37
• 3.3.2 变冷源流量下冷凝温度的影响37-39
• 3.3.3 变冷源流量下过冷度的影响39-40
• 3.3.4 变冷源流量下冷凝器内窄点温差的影响40-42
• 3.4 冷源温度变化工况42-45
• 3.4.1 变冷源温度下蒸发温度的影响42
• 3.4.2 变冷源温度下冷凝温度的影响42-43
• 3.4.3 变冷源温度下过冷度的影响43-44
• 3.4.4 变冷源温度下冷凝器内窄点温差44-45
• 3.5 小结45-48
• 第四章 地热能ORC发电系统仿真48-60
• 4.1 ORC系统数学仿真模型48-51
• 4.2 500W ORC系统仿真51-53
• 4.2.1 500W ORC系统的设备介绍51-52
• 4.2.2 500W ORC系统的仿真与试验对比52-53
• 4.3 500kW ORC系统仿真53-55
• 4.3.1 500kW ORC系统的设备介绍53-54
• 4.3.2 500kW ORC发电系统仿真工况及结果54-55
• 4.4 GUI用户界面介绍55-59
• 4.4.1 ORC系统参数设计GUI界面55-58
• 4.4.2 500kW ORC系统仿真GUI界面58-59
• 4.5 小结59-60
• 第五章 结论与展望60-63
• 5.1 结论60-62
• 5.2 创新点62
• 5.3 展望及建议62-63
• 参考文献63-68
• 发表论文及参加科研情况说明68-69
• 致谢69-70

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