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索,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第二定律,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、(?)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(?)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。 【关键词】：有机朗肯循环 太阳能 循环工质 遗传算法
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP18
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 本课题研究背景9-10
• 1.2 低温热发电技术的研究现状10-11
• 1.3 太阳能低温有机朗肯循环热发电技术的发展现状11-12
• 1.4 本文的主要内容12-13
• 第2章 有机朗肯循环工质的选择13-30
• 2.1 有机朗肯循环(ORC)13-16
• 2.1.1 有机朗肯循环系统简介13-14
• 2.1.2 有机朗肯循环系统的特点14-15
• 2.1.3 有机朗肯循环系统的关键技术点15-16
• 2.2 基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统概况16-17
• 2.3 有机朗肯循环工质的选择17-20
• 2.3.1 有机朗肯循环工质的选择原则17-19
• 2.3.2 候选工质的提出19-20
• 2.4 理论循环工况的分析20-22
• 2.4.1 设定理论循环工况20
• 2.4.2 理论循环的基本方程20-22
• 2.5 候选工质理论循环计算结果及分析22-29
• 2.5.1 基于热力学第一定律的分析22-26
• 2.5.2 基于热力学第二定律的分析26-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 有机朗肯循环系统的计算与分析30-38
• 3.1 影响有机朗肯循环的因素30
• 3.2 进口压力对有机朗肯循环系统的影响30-33
• 3.2.1 对系统热效率的影响30-31
• 3.2.2 对系统净功量的影响31-32
• 3.2.3 对系统总不可逆损失的影响32
• 3.2.4 对系统各个设备不可逆损失的影响32-33
• 3.3 进口温度对有机朗肯循环系统的影响33-37
• 3.3.1 对系统热效率的影响34
• 3.3.2 对系统净功量的影响34-35
• 3.3.3 对系统总不可逆损失的影响35-36
• 3.3.4 对系统各个设备不可逆损失的影响36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 基于遗传算法的参数优化38-53
• 4.1 遗传算法的概要38-40
• 4.1.1 基本遗传算法的描述38-39
• 4.1.2 遗传算法的特点39-40
• 4.2 遗传算法的适应皮函数40-42
• 4.2.1 几种常见的适应度函数40-41
• 4.2.2 适应度函数的设计41-42
• 4.3 遗传算法的遗传操作42-44
• 4.3.1 选择42
• 4.3.2 交叉42-43
• 4.3.3 变异43-44
• 4.4 遗传算法的关键参数44-45
• 4.5 遗传算法的基本步骤45-46
• 4.6 太阳能低温热发电系统的参数优化46-52
• 4.6.1 本系统的求解方法46-48
• 4.6.2 参数优化的结果及分析48-50
• 4.6.3 不同工质的系统最佳工况循环参数50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第5章 结论与展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 参考文献55-59
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况59-60
• 致谢60

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