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低温地热发电有机朗肯循环与跨临界循环的优化研究

作　者: 尹士海
导　师: 王怀信
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: 低温地热发电跨临界循环亚临界循环工质系统性能
分类号: TM616
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

低温地热发电技术的研究,有助于促进数量巨大的中低温地热资源的利用,减少化石燃料消耗和温室气体、大气污染物等的排放,这会带来巨大的社会效益与经济效益。受温度水平的限制,低温地热发电利用系统的效率先天不足,只有从循环方式、工质选择、运行参数等方面尽可能优化以提高其经济性。基于以上考虑,本文在90℃的地热资源条件下,对有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)、跨临界动力循环两种低温地热发电技术开展了系统经济性目标函数研究,系统技术经济性的影响因素、优化变量研究,以及两类循环在各自最优工质和最优循环参数下的系统性能对比研究。结果表明,综合考虑系统的净输出功率、单位质量净输出功率所需换热器面积等因素,R152a和R41分别为有机朗肯循环系统和跨临界循环系统的最优工质;跨临界循环系统拥有最大的输出功率,使得跨临界系统对资源的利用率高于亚临界系统。为了进一步考察不同循环方式的系统经济性,针对R152a和R41分别设计一个低温地热发电系统,给出各系统运行工况、设备选型所需的基本参数等。在此基础上对两个系统的设备价格进行估算,并分别以“系统在整个寿命期内的投资收益率”和“系统在整个寿命期内的净收益率”为目标函数进行对比,结果表明以R152a为工质的有机朗肯循环系统的投资收益率高于跨临界循环系统,而跨临界循环系统的净收益高于亚临界循环系统。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
第一章绪论  6-11
  1.1 课题研究背景  6-7
  1.2 低温地热发电技术的研究及应用现状  7-9
  1.3 问题的提出  9-10
  1.4 本文主要内容  10-11
第二章低温地热发电有机工质的理论循环性能研究  11-22
  2.1 ORC 与跨临界循环系统  11-13
  2.2 跨临界循环工质及其循环性能分析  13-17
  2.3 亚临界循环工质及循环性能分析  17-21
  2.4 小结  21-22
第三章换热器的选型及设计计算模型  22-35
  3.1 换热器选型  22-23
  3.2 管壳式换热器结构设计计算  23-26
  3.3 换热器设计计算模型  26-35
第四章两类循环工质的系统性能优化研究  35-62
  4.1 系统经济性目标函数的提出  35
  4.2 优化计算模型的建立  35-37
  4.3 跨临界工质系统性能优化计算  37-48
  4.4 ORC 工质系统性能优化计算  48-57
  4.5 ORC 与跨临界循环工质性能对比  57-60
  4.6 小结  60-62
第五章低温有机工质发电系统经济性分析  62-65
  5.1 系统设计工况及设备参数  62
  5.2 系统设备价格估算及经济性分析  62-65
第六章结论与建议  65-67
  6.1 结论  65
  6.2 建议  65-67
参考文献  67-70
符号说明  70-71
致谢  71

低温地热发电有机朗肯循环与跨临界循环的优化研究

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