海洋温差能太阳能联合热发电系统热力学性能研究

摘要

海洋温差能、太阳能是储量巨大的清洁可再生能源，其合理的开发和利用可以缓解我国当前面临的能源危机、环境污染等问题。单一依靠海洋温差能发电的系统存在发电效率低、自身耗电量大、投资较大等，比较棘手的问题。同样单一依靠太阳能驱动的内陆太阳能热电厂，同样存在热效率低下、发电不连续、不稳定、需要加装蓄热装置和管路系统，造成整个电站系统结构复杂，成本居高不下的问题。海洋温差能来源于太阳能和极地冰川冷能，海洋温差能储量丰富的地区同样有着丰富的太阳能，设计研究海洋温差能太阳能联合热发电系统的热力学性能，不仅能解决海洋温差能面临的问题，也能解决太阳能热发电系统面临的问题。
　　本文以海洋温差能太阳能联合热发电系统为研究对象，对该系统工作原理进行了介绍。建立了海洋温差能太阳能联合热发电热力系统、热力设备的数学模型，并对模型进行理论计算以及热力过程分析。根据海洋温差能太阳能联合系统的特点结合有机工质自身的物性特征，确定R134a、R717、R22为候选工质。利用Aspen plus软件对海洋温差能太阳能联合热发电系统建立了仿真模型，并对该循环发电系统进行了仿真模拟。结合仿真结果利用热力学第一定律和热力学第二定律，分析了R717、R134a、R22三种工质、膨胀机入口工质温度和膨胀机入口压力，对系统热效率、泵耗功及（火用）损的影响规律。
　　通过对系统的仿真研究发现，海洋温差能太阳能联合热发电系统与传统的闭式海洋温差能发电系统相比，热效率由4～5％提升到7.82%。针对海洋温差能太阳能联合热发电系统，通过热效率、泵耗功、（火用）损三个指标对以R134a、R717、R22为工质的系统进行分析比较，发现R134a同时具备热效率最大，（火用）损最小的特征，具有良好的环保性能，确定为最优循环工质。针对采用R134a作为循环工质的海洋温差能太阳能联合热发电热力系统，分析热力参数膨胀机入口温度、膨胀机入口压力对系统热效率、泵耗功、（火用）损的影响。研究发现系统热效率，随着膨胀机入口温度的升高而升高，在160℃附近达到7.82%的最高点，热效率随着膨胀机入口压力的增大而增大；泵耗功随着膨胀机入口温度的升高小幅下降，泵耗功随着膨胀机入口压力的升高小幅上升；（火用）损随着膨胀机入口温度的升高变化幅度不大，（火用）损随着膨胀机入口压力的升高变化幅度不大。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 海洋温差能发电技术研究现状

1.3 本文的研究内容

第2章 海洋温差能太阳能系统热力过程分析

2.1 系统型式及设计参数确定

2.2 工质的选择

2.3 循环系统热力学分析

2.4 热力过程理论计算方法

2.5 本章小结

第3章 海洋温差能太阳能系统仿真模型的建立

3.1 利用Aspen plus仿真建模原理

3.2 海洋温差能太阳能联合热发电系统建模

3.3 本章小结

第4章 海洋温差能太阳能系统影响因素分析

4.1 热力学分析方法

4.2 工质种类对循环系统性能的影响

4.3 工质参数对系统性能的影响

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢