塔式太阳能-超临界CO2发电系统集成与优化

摘要

cqvip:[目的]传统塔式太阳能热发电效率较低,采用超临界CO2(sCO2)布雷顿循环集成太阳能发电可有效提高系统效率。[方法]采用联立方程法建立塔式太阳能集热发电(CSP)和s CO2布雷顿循环集成系统的非线性规划数学模型以辅助系统分析与优化。模型包含太阳能集热子系统、s CO2布雷顿循环以及高精度CO2状态方程的约束,无需调用外部CO2物性数据,可实现对集成系统任意数量的设计变量的同步优化。将模型应用于塔式CSP与sCO2简单回热布雷顿循环和再压缩布雷顿循环系统的案例研究,优化系统并分析设计变量对系统效率的影响。[结果]研究结果表明:集成再压缩循环系统最大热效率达29.4%,高于简单循环系统的24.9%。再压缩循环的最优透平入口温度为901 K、最优膨胀比约为3;简单循环的最优透平入口温度为826 K、最优膨胀比皆大于3.2。[结论]系统存在最优的透平入口温度,提高透平入口温度可提高系统效率,但过高的温度会导致系统效率下降;系统存在最优膨胀比,膨胀比对集成再压缩循环系统的热效率影响较小,但对集成简单循环系统效率的影响较大。