【摘 要】
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化石能源人均占有量少和环境污染严重一直是制约我国经济发展的重要因素,回收余热资源和开发利用可再生能源是解决当前能源和环境问题的有效途径之一。超临界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide,SCO_2)循环具有结构紧凑、循环效率高、可利用热源范围广等特点,是目前利用工业余热、地热能、太阳能等发电最具潜力的发电技术之一。SCO_2循环的模拟、优化、结构改进和系统集成研究对于提
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化石能源人均占有量少和环境污染严重一直是制约我国经济发展的重要因素,回收余热资源和开发利用可再生能源是解决当前能源和环境问题的有效途径之一。超临界二氧化碳（Supercritical carbon dioxide,SCO2）循环具有结构紧凑、循环效率高、可利用热源范围广等特点,是目前利用工业余热、地热能、太阳能等发电最具潜力的发电技术之一。SCO2循环的模拟、优化、结构改进和系统集成研究对于提升SCO2综合性能具有重要理论意义和实用价值。针对当前研究中依赖REFPROP等数据库获取CO2物性、难以有效处理夹点约束、迭代和随机算法受限于变量规模等不足,提出基于CO2精确状态方程和数学规划法的SCO2循环发电系统集成与优化方法,以期通过SCO2换热过程夹点定位与系统的同步优化及SCO2与ORC的集成优化提升SCO2的综合性能。建立了基于状态方程（EOS）的CO2物性模型,通过与REFPROP计算结果对比验证其准确性;基于EOS建立了SCO2换热过程夹点自动定位和系统参数同步优化的多目标数学模型,并通过实例计算,与传统预设夹点在换热器进出口处的方法作对比,从系统效率和输出功两个角度,验证该模型及所提求解策略的可靠性、求解的最优性和计算时间上的优势。提出了SCO2与有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,简称ORC）集成降低发电系统冷源损失、提升系统效率的方法并建立了系统全局优化模型,以集成系统效率为目标对三种SCO2系统参数、ORC系统参数及SCO2+ORC集成参数进行同步优化,通过与SCO2独立系统对比验证集成系统优势;分析了工质对ORC系统及集成系统的影响,并对热源进口温度和冷源温升进行敏感性分析;结果显示集成系统能有效提升系统效率,ORC工质及冷热源参数均对集成系统优势有较大影响。构建了太阳能驱动的空冷SCO2发电系统,建立了塔式太阳能集热系统、SCO2、ORC及空冷系统全局优化模型,研究了熔融盐种类、接收器出口温度、区域太阳能辐射特性等对系统性能的影响。
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