基于多目标的亚临界有机朗肯循环的蒸发和冷凝温度优化

摘要

有机朗肯循环(ORC)是将低温热能转化为电能最有前途的技术,它具有结构简单、效率高和环境友好等优点,对其研究已经成为低温余热高效回收利用技术的关键和热点。目前关于有机朗肯循环的研究主要集中在对有机朗肯循环的工作流体选择和参数优化,而性能评价指标对ORC系统优化有着非常重要的作用,因此,对ORC系统性能评价指标的研究现状和发展进行调研是非常有必要的。调研结果表明:单目标优化结果均存在与工程实际需要不相符合的地方,所以对ORC系统评价往往需要涉及多个指标,多目标优化因为能使所要求的各项指标均能达到较优而更加合理。
　　在对ORC性能评价指标调研的基础上,本文以系统净输出功率Wnet、热源流体进出口火用降ΔEg、系统总不可逆损失I和系统总投资成本C2013构建多目标优化模型,采用线性加权评价函数法对该模型进行求解,以R600a、R245fa、R601a、R601和 R123五种纯工质以及R600a/R601a、R245fa/R601a、R245fa/R601和R600a/R245fa四种非共沸混合工质为例,对亚临界有机朗肯循环(ORC)的蒸发温度Te和冷凝温度Tc分别进行优化,此外,并对以R245fa和R245fa/R601为工质时亚临界ORC的Te和Tc同时进行优化。研究结果表明:采用单目标有时得不到最优值,而采用多目标均能得到最优值,且多目标优化可以较好地协调各性能指标间的关系,使所要求的各项指标均能达到较优,因此多目标优化比单目标优化更加合理;存在最优蒸发温度Te,opt和最优冷凝温度Tc,opt使多目标函数F(X)最小,同时, Te,opt、Tc,opt随工质不同而不同;比较F(X)优化时的纯工质和混合工质的Te,opt、Tc,opt值,以及在F(X)优化的Te,opt或Tc,opt下,对比纯工质和混合工质的不同单目标函数值和F(X)值时,表明采用混合工质时ORC的性能并不总是优于采用纯工质时ORC的性能;在对以R245fa和R245fa/R601为工质时ORC的Te和Tc同时进行多目标优化时,两种工质的Te,opt和Tc,opt均分别为393.15K和328.15K,且Te,opt随Tc升高而增大。