【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(shù)在分布式能源站的應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(shè)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(zhì)并建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;采用EES對普通式ORC系統(tǒng)、抽氣回?zé)崾絆RC系統(tǒng)、內(nèi)回?zé)崾絆RC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(shè)計:在比較分析斜溫層單罐和雙罐技術(shù)的基礎(chǔ)上,本文提出了采用豎直圓柱單罐加隔熱板的方法設(shè)計了單罐雙腔儲熱系統(tǒng),儲熱介質(zhì)采用T55導(dǎo)熱油,儲熱罐內(nèi)徑2.6m,高度3.6m,隔熱板采用泡沫玻璃材質(zhì)厚0.15m,為保證儲熱性能隔熱板與儲熱罐間隙應(yīng)小于2.6mm。2、儲熱罐性能研究:模擬結(jié)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(nèi)部溫差小于2℃,應(yīng)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(cè)壁不同保溫層厚度(0.1m-0.3m)對儲熱性能的影響,側(cè)壁保溫層對儲熱性能影響更大,對本次設(shè)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(zhì),蒸發(fā)器出口工質(zhì)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(yīng)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?zé)酧RC系統(tǒng)研究:熱電效率與抽氣壓力有關(guān);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(nèi)回?zé)酧RC系統(tǒng)研究:對于干工質(zhì)ORC系統(tǒng),熱電效率隨回?zé)嵯禂?shù)增大而增大;在該循環(huán)模式下,蒸發(fā)器出口工質(zhì)宜采用過熱形式,且隨著回?zé)嵯禂?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?zé)嵯禂?shù)從0變化到1,熱電效率相比提高15.1%;回?zé)嵯禂?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?zé)釋犭娦示哂刑岣?3.5%的潛力;內(nèi)回?zé)峋哂刑岣邿犭娦?8.0%的潛力。本文的研究對小型太陽能光熱發(fā)電站的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)構(gòu)中占主要比例，由于大量煤炭的使用，給我國造成了嚴(yán)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(rèn)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(shè)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(shù)仍處于發(fā)展階段，缺乏相關(guān)的實際項目經(jīng)驗，光熱電站系統(tǒng)設(shè)計缺乏參考資源，集成技術(shù)，系統(tǒng)建模模擬與仿真技術(shù)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(shè)備對于光熱發(fā)電站是必不可少的，儲熱設(shè)備在電站建設(shè)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(shè)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(shù)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(zhì)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(dāng)熱源溫度低于370℃時，使用水作為工質(zhì)的朗肯循環(huán)效率將會很低，且由于汽輪機內(nèi)膨脹過程大部分處于濕蒸汽區(qū)，因此技術(shù)要求高且運行維護任務(wù)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(zhì)、換熱設(shè)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(yīng)用最廣的也是技術(shù)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(zhì)從冷罐流吸熱后流至熱罐，放熱時，儲熱介質(zhì)從熱罐流出經(jīng)換熱器放熱后流至

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本文編號：2778902