基于ORC的太阳能热电联供系统优化设计研究

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1、基于ORC的太阳能热电联供系统优化设计研究ResearchonanOptimalDesignoftheSolarCogenerationSystemBasedonORC工程领域：环境工程作者姓名：李雯青萍指导教师：由世俊教授企业导师：罗继杰教授级高级工程师天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的，研究成果除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研

2、宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。：签字日期学位论文作者签名麥译：＆＂年０月＆日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据庠讲行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年丨乙月／〇日签字日期：义外＾（久月＇夕日７摘要哨所是为保障国家领土安全，打击边

3、境犯罪所设立的重要军事设施，我国部队哨所数量众多，通常地处偏远，规模不大。驻扎哨所官兵的用电需求通常依靠柴油发电机供给，地处寒冷区域的哨所采暖需求通常依靠小型燃煤锅炉供给，这种供电供暖方式极其依靠外部燃料运输，运输成本高昂，能源供给可靠性低、效率低、环保性差，亟待改进。因此，本文针对高原高寒地区部队哨所的用能需求，提出了一种基于有机朗肯循环的太阳能热电联供系统，即采用真空管太阳能集热器收集热量，供给有机朗肯循环发电系统发电，并采用其余热进行供暖的系统，然后对该系统进行了优化设计研究，并对系统的运行特性进行了分析。首先，本文根据有机工质的安全环保性、干湿性以及饱

4、和性遴选出了最适宜本系统的工质R134a。从热力学第一定律效率及热力学第二定律效率的角度分析了有机朗肯循环工作参数对其热力性能的影响。提出了三种太阳能热电联供系统方案及控制策略，并确定了最终方案。其次，对系统建立了数学模型，并采用MATLAB编程求解，用以模拟系统发电量，通过与实验结果比较，验证了模型的正确性。然后，采用正交优化设计的方法，以费用年值最小为目标函数，以真空管太阳能集热器面积、蓄热水箱容积、蒸发器换热面积、冷凝器换热面积、蓄电池组容量及发电机组启动压差共六个参数为设计变量，建立了系统优化模型。以青海省某部队哨所为案例，对其系统进行了优化设计，结果

5、显示本系统所发电的折合电价为2.3元/千瓦时，并且能免费供暖。最后，对本系统在案例哨所进行了全年逐时运行模拟，分析了系统运行特性，结果显示哨所94.56%的用电负荷由系统承担，5.44%的用电负荷由辅助能源柴油发电机承担，100%的采暖负荷由系统承担，可靠性极高。并从经济性、环保性以及可靠性三个角度评估了本系统能源供给方式的优越性。关键词：太阳能热电联供系统，有机朗肯循环，数学模型，正交优化IABSTRACTWatchhouseisanimportantmilitaryfacility,whichisbuilttosafeguardnationalterrit

6、orialsecurityandtostrikebordercrime.Therearelotsofwatchhousesinourcountry,theyaresmallandmostlylocateinremoteareas.Soldiersstationedinthewatchhouseusuallygenerateelectricitybydieselgenerator.ThedemandofheatingofSoldiersincoldregionsismetbysmall-sizedcoalfiredboiler.Thiskindofenergys

7、upplymodedependsonexternalfueltransportation,whichcanleadhighcost,unreliability,inefficiencyandpollutiontoenvironment.Itshouldbeimprovedpressingly.ThispaperproposeasolarcogenerationsystembasedonOrganicRankineCycletomeettheenergydemandofwatchhouseinfrigidplateauregion.Theoperatingmod

8、eofthesystemisfirst