论文部分内容阅读
国家能源“十三五”规划指出我国能源发展面临的主要问题有:煤炭等产能过剩,煤炭发电设备利用率低,可再生能源消纳无法充分满足,供能系统梯级利用程度不高等。同时,煤炭等化石能源的消耗造成了严重的环境污染,严重影响了劳动者健康水平,加重了社会运行成本。针对以上能源发展中存在的诸多问题,太阳能冷热电联供系统(Combined cooling heating and power,CCHP)是一种有效的解决办法。CCHP系统具有许多优点:可以实现能源梯级利用,提高能源利用率;可以与常规能源结合,起到减少排放的目的;可以提升需求侧响应能力,协调能源供需平衡,提高系统设备利用率;靠近用户侧,能源供给可靠性强。
本文通过EES(Engineering Equation Solver)软件对太阳能CCHP系统进行数值建模,在此基础上对系统进行性能分析。首先提出两种不同的太阳能CCHP配置方案:并联式系统和串联式系统,并对这两种不同的设计方案从热力性能和经济性能出发进行了对比分析,选出较优的设计方案。针对优选出的系统进行性能分析,研究了太阳能集热器相关参数、有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)参数以及吸收式制冷循环参数对系统性能的影响。最后,分析了太阳辐照强度以及外部循环条件变化的情况下太阳能冷热电联供系统的非设计工况性能。
研究结果表明,并联式系统在系统冷热电联产效率以及集热器集热效率等方面优于串联式系统,且在能源平均成本、初始投资和动态投资回收期三个经济性指标方面都明显优于串联式系统,因此选择并联式系统作为后续研究的设计方案;提高集热器出口温度可以增加系统输出电量和热量,减少制冷量,降低集热器集热效率,提高系统冷热电联产效率。同样,蒸发温度、冷凝温度、夹点温差、过热度、过冷度以及换热器UA值等参数对系统性能也有着重要的影响,在给定热源进口温度160℃、集热器面积800m2及太阳辐照强度800W/m2的条件下,存在最优蒸发温度108℃使得输出电量取得最大值33.43kW,存在最优冷凝温度47℃使得系统热效率取得最大值68.12%;当机组外部循环流体流量、进口温度以及太阳辐照强度变化时,系统处于变工况运行状态,系统性能随之波动,展现出不同的非设计工况运行性能,例如当热源流体流量增大0.2kg/s时,系统净输出功增大0.85kW、生活热水温升增加0.76℃、系统冷热电联产效率增加2.53%。
本文通过EES(Engineering Equation Solver)软件对太阳能CCHP系统进行数值建模,在此基础上对系统进行性能分析。首先提出两种不同的太阳能CCHP配置方案:并联式系统和串联式系统,并对这两种不同的设计方案从热力性能和经济性能出发进行了对比分析,选出较优的设计方案。针对优选出的系统进行性能分析,研究了太阳能集热器相关参数、有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)参数以及吸收式制冷循环参数对系统性能的影响。最后,分析了太阳辐照强度以及外部循环条件变化的情况下太阳能冷热电联供系统的非设计工况性能。
研究结果表明,并联式系统在系统冷热电联产效率以及集热器集热效率等方面优于串联式系统,且在能源平均成本、初始投资和动态投资回收期三个经济性指标方面都明显优于串联式系统,因此选择并联式系统作为后续研究的设计方案;提高集热器出口温度可以增加系统输出电量和热量,减少制冷量,降低集热器集热效率,提高系统冷热电联产效率。同样,蒸发温度、冷凝温度、夹点温差、过热度、过冷度以及换热器UA值等参数对系统性能也有着重要的影响,在给定热源进口温度160℃、集热器面积800m2及太阳辐照强度800W/m2的条件下,存在最优蒸发温度108℃使得输出电量取得最大值33.43kW,存在最优冷凝温度47℃使得系统热效率取得最大值68.12%;当机组外部循环流体流量、进口温度以及太阳辐照强度变化时,系统处于变工况运行状态,系统性能随之波动,展现出不同的非设计工况运行性能,例如当热源流体流量增大0.2kg/s时,系统净输出功增大0.85kW、生活热水温升增加0.76℃、系统冷热电联产效率增加2.53%。