基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统的研究

摘要

有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC)是利用低沸点的有机物作为工质推动透平做功，产生电能。有机朗肯循环可利用的低品位能源包括：太阳能、地热能、海洋温差、工业余热以及生物质能等。本文使用太阳能作为热源，建立了有机朗肯循环系统的热力模型，研究有机朗肯循环低温热发电系统的热力性能。研究表明，工质是影响有机朗肯循环系统性能的重要因素之一。通过综合考虑各种因素，本文选取R600，R600a，R245fa，R236fa，R236ea，R601，R601a，RC318，R227ea九种工质作为候选工质，根据热力学第一定律和热力学笫二定律，对不同工质应用于基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统的性能进行计算，并从蒸发压力、热效率、膨胀比、功比、不可逆损失、火用效率等方面进行了分析和比较。从热力学第一定律分析来看，随着蒸发温度的升高，工质的蒸发压力、热效率随之升高，有机朗肯循环的功比和汽耗率随之减小，就热力学第二定律而言，系统的火用效率随着蒸发温度的升高先升高后减小，具有一个最大的火用效率值，系统的总不可逆损失随着蒸发温度的升高先减小后升高，存在一个最小的系统总不可逆损失值。综合考虑得出R245fa相比起其它工质，更适用于基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统。
　　 影响有机朗肯循环系统的主要参数是汽轮机的进口压力和进口温度，对这两个热力参数对系统的影响进行了热力分析和计算，主要是对系统热效率、净输出功量、系统总不可逆损失以及对各个热力设备不可逆损失的影响，通过分析发现，存在一个最优的进口压力和进口温度值，使得有机朗肯循环低温热发电系统的系统总不可逆损失最小，本文采用遗传算法在matlab的界面上进行编程计算，对系统进行参数优化，通过选择、交叉以及变异等遗传操作，得出了九种工质的最佳进口压力和进口温度值，并且根据优化结果，计算出了在系统总不可逆损失最小的情况下，有机朗肯循环低温热发电系统的各个详细热力性能参数。