發(fā)布時(shí)間：2020-05-06 13:04

【摘要】：直膨式(direct steam generation,DSG)光熱發(fā)電系統(tǒng)采用廉價(jià)環(huán)保的水工質(zhì)作為集熱、蓄熱和熱工介質(zhì),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好。但DSG技術(shù)尚面臨著蓄熱瓶頸。長期以來,單級高壓水蓄熱是商業(yè)化DSG電站通常采用的蓄熱形式。在滑壓閃蒸放熱過程中,產(chǎn)生的飽和蒸汽的壓力逐步降低、流量逐漸減小。為了防止系統(tǒng)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行,單級蓄熱水罐的溫降一般低于50℃,蓄熱容量較小。此外,基于高壓水蓄熱的DSG電站通常使用濕蒸汽輪機(jī)。飽和蒸汽在濕蒸汽輪機(jī)中膨脹時(shí)會產(chǎn)生水滴,導(dǎo)致汽輪機(jī)效率降低、葉片強(qiáng)度變差、運(yùn)行壽命縮短。為了降低液滴的不利影響,濕蒸汽輪機(jī)一般需要采用復(fù)雜的除濕結(jié)構(gòu)以及昂貴的耐侵蝕材料,技術(shù)難度大、制造成本高。針對DSG技術(shù)面臨的上述問題,本文結(jié)合具有良好中低溫?zé)崃μ匦缘挠袡C(jī)朗肯循環(huán)(organic Rankine cycle,ORC)提出了相關(guān)的解決方案,具體研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)提出了一種基于蒸汽-有機(jī)朗肯復(fù)疊循環(huán)(steam-organic Rankine cycle,SORC)的兩級水蓄熱DSG光熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有獨(dú)特的兩級放熱過程。第一級放熱過程:高溫蓄熱水罐通過滑壓閃蒸產(chǎn)生一定量的飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)頂部蒸汽朗肯循環(huán),蒸汽冷凝余熱驅(qū)動(dòng)底部ORC循環(huán)發(fā)電,對應(yīng)的蓄熱水溫降在30℃以內(nèi)。第二級放熱過程:高溫蓄熱水罐中的蓄熱水經(jīng)中間換熱器流入低溫蓄熱水罐并驅(qū)動(dòng)底部ORC循環(huán)發(fā)電。研究結(jié)果表明第二級放熱過程中蓄熱水溫降可以高達(dá)130～190 ℃,系統(tǒng)蓄熱容量提升了460%,對應(yīng)的等效回收期低于5年。兩級水蓄熱結(jié)構(gòu)可以有效地改善DSG系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。(2)提出了“等效熱功轉(zhuǎn)換效率(ηeq)”優(yōu)化指標(biāo),綜合反映了兩級水蓄熱DSG-SORC系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下的性能。重點(diǎn)分析了主蒸汽溫度、濕蒸汽輪機(jī)鮑曼系數(shù)、蓄熱容積和ORC有機(jī)工質(zhì)等對DSG-SORC系統(tǒng)熱力性能和最佳中間蒸汽冷凝溫度(T2,opt)的影響。研究結(jié)果表明戊烷是較為合適的ORC有機(jī)工質(zhì),設(shè)計(jì)工況下其對應(yīng)的T2,opt和叩ηeq,max分別為139~190℃和20.93%～24.24%。(3)提出了一種基于復(fù)疊ORC循環(huán)(cascade organic Rankine cycle,CORC)的兩級水蓄熱DSG光熱發(fā)電系統(tǒng),有效解決了濕蒸汽輪機(jī)對DSG-SORC系統(tǒng)造成的不利影響。研究結(jié)果表明相同工況下,DSG-CORC系統(tǒng)對應(yīng)的ηeq,max僅比DSG-SORC系統(tǒng)低0.11%～0.57%,CORC復(fù)疊循環(huán)進(jìn)一步提高了兩級水蓄熱DSG系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。(4)設(shè)計(jì)了一套基于ORC循環(huán)的DSG冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),并實(shí)驗(yàn)測試了ORC系統(tǒng)性能,提出了“儲液罐充注率(FROR)”和“膨脹機(jī)運(yùn)行壓比折減系數(shù)(RCOPR)”參數(shù)用于分析不凝氣體(non-condensable gases,NCGs)的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明ORC系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),NCGs主要聚集在儲液罐中。NCGs含量和FROR越高,冷凝壓力和RCOPR的增加越明顯。NCGs導(dǎo)致膨脹機(jī)變工況運(yùn)行效率變差,系統(tǒng)發(fā)電量降低。
【圖文】：

ＬＦＣ光熱發(fā)電原理與ＰＴＣ光熱發(fā)電技術(shù)類似，太陽光線經(jīng)過分條平行的平逡逑面鏡聚集到固定安裝的集熱管上，加熱集熱介質(zhì)；高溫集熱介質(zhì)驅(qū)動(dòng)熱力循環(huán)發(fā)逡逑電，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１．４所示Ｍ。相比于ＰＴＣ集熱裝置，ＬＦＣ集熱裝置采用簡單的逡逑平面鏡代替了高精度曲面反射鏡；并且集熱管可以固定安裝，僅需要聯(lián)動(dòng)控制平逡逑面鏡跟蹤太陽，成本較低。但另一方面，ＬＦＣ系統(tǒng)聚光比較小，集熱溫度相對較逡逑低。早期的ＬＦＣ系統(tǒng)大多采用ＤＳＧ技術(shù)，比如世界上第一個(gè)ＬＦＣ光熱電站美逡逑國Ｋｉｍｂｅｒｌｉｎａ電站以及西班牙Ｐｕｅｒｔｏ邋Ｅｒｒａｄｏ電站。隨著集熱裝置制造工藝以及逡逑吸收涂層材料的進(jìn)步，部分在建的ＬＦＣ系統(tǒng)采用了導(dǎo)熱油和熔鹽作為集熱和蓄逡逑熱介質(zhì)。比如中國烏拉特旗５０邋ＭＷ導(dǎo)熱油ＬＦＣ光熱電站和大成敦煌５０邋ＭＷ熔逡逑鹽ＬＦＣ光熱電站。逡逑＾ＳＳＳ＾ｓｓｌ邋ｒｌ＾Ｍ＇逡逑圖１．４菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)Ｐ］逡逑５逡逑

——ｌ—ｉｇＳｉｎ逡逑圖１．３槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)［６］逡逑菲涅爾式系統(tǒng)逡逑ＦＣ光熱發(fā)電原理與ＰＴＣ光熱發(fā)電技術(shù)類似，太陽光線經(jīng)過分條平行的集到固定安裝的集熱管上，加熱集熱介質(zhì)；高溫集熱介質(zhì)驅(qū)動(dòng)熱力循環(huán)統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１．４所示Ｍ。相比于ＰＴＣ集熱裝置，ＬＦＣ集熱裝置采用簡單代替了高精度曲面反射鏡；并且集熱管可以固定安裝，僅需要聯(lián)動(dòng)控制蹤太陽，成本較低。但另一方面，ＬＦＣ系統(tǒng)聚光比較小，，集熱溫度相對期的ＬＦＣ系統(tǒng)大多采用ＤＳＧ技術(shù)，比如世界上第一個(gè)ＬＦＣ光熱電站ｂｅｒｌｉｎａ電站以及西班牙Ｐｕｅｒｔｏ邋Ｅｒｒａｄｏ電站。隨著集熱裝置制造工藝以層材料的進(jìn)步，部分在建的ＬＦＣ系統(tǒng)采用了導(dǎo)熱油和熔鹽作為集熱和。比如中國烏拉特旗５０邋ＭＷ導(dǎo)熱油ＬＦＣ光熱電站和大成敦煌５０邋ＭＷ光熱電站。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM61

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本文編號：2651304