【摘要】：采用有機朗肯循環(huán)(ORC)的中低溫太陽能熱發(fā)電技術在分布式能源站的應用中具有優(yōu)勢,由于存在太陽輻射間歇性與ORC熱電效率低的缺點,應用推廣受到限制。針對上述問題,本文開展了提高太陽能光熱系統(tǒng)穩(wěn)定性和熱電效率的研究。本文開展的研究工作包括如下內容:1)儲熱罐研究:以云南普洱某小型槽式光熱項目為研究對象,設計儲熱系統(tǒng)(供熱功率為100kW,供/回溫度為200℃/100℃,供熱時長為6h)、采用FLUENT對儲熱罐熱腔散熱進行模擬研究,分析隔熱板厚度、保溫層厚對儲熱性能影響;2)提高ORC熱電效率的研究:針對ORC系統(tǒng),選擇循環(huán)工質并建立系統(tǒng)數(shù)學模型;采用EES對普通式ORC系統(tǒng)、抽氣回熱式ORC系統(tǒng)、內回熱式ORC系統(tǒng)進行模擬研究,研究不同循環(huán)形式下各參數(shù)對系統(tǒng)熱電效率的影響。本文主要成果如下:1、儲熱罐設計:在比較分析斜溫層單罐和雙罐技術的基礎上,本文提出了采用豎直圓柱單罐加隔熱板的方法設計了單罐雙腔儲熱系統(tǒng),儲熱介質采用T55導熱油,儲熱罐內徑2.6m,高度3.6m,隔熱板采用泡沫玻璃材質厚0.15m,為保證儲熱性能隔熱板與儲熱罐間隙應小于2.6mm。2、儲熱罐性能研究:模擬結果顯示,儲熱罐上部熱腔在散熱過程中,高于0.2m高度區(qū)域,流體內部溫差小于2℃,應將熱流體吸入口置于上部1/3區(qū)域;此外,隔熱板厚度對儲熱罐儲熱性能影響較小;對比分析了頂部與側壁不同保溫層厚度(0.1m-0.3m)對儲熱性能的影響,側壁保溫層對儲熱性能影響更大,對本次設計的儲熱罐推薦保溫層厚度為0.2m。3、普通ORC系統(tǒng)研究:選擇R123作為循環(huán)工質,蒸發(fā)器出口工質過熱度從0℃增加到35℃,熱電效率僅相比增加1.6%,但比體積卻增加32.8%,因此過熱度應盡量小;提高蒸發(fā)壓力能提高系統(tǒng)熱電效率,蒸發(fā)壓力從1.5MPa提高到3.5MPa,熱電效率相比增加19.1%。4、抽氣回熱ORC系統(tǒng)研究:熱電效率與抽氣壓力有關;抽氣壓力一定,抽氣系數(shù)達到臨界值時,熱電效率達到該抽氣壓力下極值;隨著抽氣壓力的增加,抽氣系數(shù)達到臨界值時的熱電效率先增大后減小。例如2.8MPa蒸發(fā)壓力下,熱電效率隨抽氣壓力增大先增大后減小,在抽氣壓力為0.7MPa時熱電效率達到最大,相比普通循環(huán)增加13.5%,之后逐漸減小,在2.0MPa時熱電效率將小于普通循環(huán)。5、內回熱ORC系統(tǒng)研究:對于干工質ORC系統(tǒng),熱電效率隨回熱系數(shù)增大而增大;在該循環(huán)模式下,蒸發(fā)器出口工質宜采用過熱形式,且隨著回熱系數(shù)的增大,過熱度對熱電效率的影響增大。例如2.8MPa蒸發(fā)壓力下,回熱系數(shù)從0變化到1,熱電效率相比提高15.1%;回熱系數(shù)為0.6時,過熱度從0℃變化到35℃,熱電效率相比提高10.4%,相比普通循環(huán)提高18.0%。本文創(chuàng)新性地提出并模擬了一種單罐雙腔儲熱罐;發(fā)現(xiàn)抽氣回熱對熱電效率具有提高13.5%的潛力;內回熱具有提高熱電效率18.0%的潛力。本文的研究對小型太陽能光熱發(fā)電站的設計具有指導意義。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM615
【圖文】：

如圖1-1 所示，從圖中可以看到我國光熱資源分布較為集中，且主要分布在人口少的西藏、青海、新疆等西部地區(qū)，開發(fā)利用的潛力巨大。我國作為世界最大的發(fā)展中國家，也是傳統(tǒng)能源消耗大國，煤炭在我國能源結構中占主要比例，由于大量煤炭的使用，給我國造成了嚴重的環(huán)境問題，如北方的霧霾等，因此積極推進太陽能利用具有重要意義，目前我國太陽能熱發(fā)電裝機容量在全球裝機容量占比不到 1%，2016 年被認為是中國太陽能光熱發(fā)電開始大幅發(fā)展的元年，國家積極推進光熱發(fā)電的建設投資，已建成多個示范項目，在建或規(guī)劃中的商業(yè)太陽能光熱發(fā)電項目裝機容量超過 3GW[4]。目前我國太陽能光熱發(fā)電技術仍處于發(fā)展階段，缺乏相關的實際項目經(jīng)驗，光熱電站系統(tǒng)設計缺乏參考資源，集成技術，系統(tǒng)建模模擬與仿真技術也處于起始階段，因此對光熱發(fā)電的研究對我國在太陽能熱利用上具有重要意義，而儲熱設備對于光熱發(fā)電站是必不可少的，儲熱設備在電站建設成本中也是占著較大的比重，另外對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設計能在增加極少的成本的前提下增加系統(tǒng)發(fā)電效率，增加電站的經(jīng)濟性，對于推廣太陽能熱發(fā)電技術有積極作用。傳統(tǒng)的太陽能光熱發(fā)電普遍采用水蒸汽作為工質推動的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，然而由于水的自身物性決定了循環(huán)的熱源溫度不能過低，實際上當熱源溫度低于370℃時，使用水作為工質的朗肯循環(huán)效率將會很低，且由于汽輪機內膨脹過程大部分處于濕蒸汽區(qū)，因此技術要求高且運行維護任務重。因此高溫太陽能發(fā)電需要在規(guī)模足夠大的情況下才有經(jīng)濟價值。高溫太陽能熱發(fā)電普遍采用熔融鹽作

圖 2-1 云南普洱某光熱系統(tǒng)實拍圖2.0 儲熱系統(tǒng)簡介儲熱系統(tǒng)主要包括三個部分，儲熱介質、換熱設備、儲熱罐。由于太陽能隨時間的不穩(wěn)定性，儲熱系統(tǒng)在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中成為一個必不可少的部件 。而顯熱儲熱是目前應用最廣的也是技術最成熟的儲熱方式，因此本文采用顯熱儲

圖 2-2 單罐儲熱系統(tǒng)[31] 雙罐儲熱系統(tǒng)雙罐儲熱系統(tǒng)克服了單罐斜溫層蓄熱的缺點，使用兩個儲熱罐，分別和熱流體，使冷熱流體彼此隔離開，避免了冷熱流體之間的傳熱造成的提高了儲熱效率，該系統(tǒng)如圖 2-3 所示。儲熱時，儲熱介質從冷罐流吸熱后流至熱罐，放熱時，儲熱介質從熱罐流出經(jīng)換熱器放熱后流至

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本文編號：2778902