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基于数学规划法的超临界二氧化碳循环发电系统集成与优化

2020-12-02阅读(891)

基于数学规划法的超临界二氧化碳循环发电系统集成与优化

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 物理名称及符号列表
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  • 2发电技术研究现状'>  1.2 SCO2发电技术研究现状
  • 2循环中换热过程的建模方法研究'>    1.2.1 SCO2循环中换热过程的建模方法研究
  • 2循环发电系统优化研究'>    1.2.2 CO2循环发电系统优化研究
  • 2集成发电系统研究'>    1.2.3 SCO2集成发电系统研究
  • 2系统建模及优化'>    1.2.4 太阳能驱动的风冷SCO2系统建模及优化
  •   1.3 课题来源及本文的工作
  •   1.4 本章小结
  • 2物性计算模型及验证'>第二章 基于EOS的CO2物性计算模型及验证
  •   2.1 引言
  • 2物性模型描述'>  2.2 CO2物性模型描述
  •     2.2.1 比热容、比焓、比熵模型描述
  •     2.2.2 导热系数、粘度模型描述
  •   2.3 物性计算模型验证
  • 2循环模拟模型验证'>  2.4 基于EOS的CO2循环模拟模型验证
  •   2.5 本章小结
  • 2换热过程夹点自动定位及系统优化'>第三章 基于EOS的SCO2换热过程夹点自动定位及系统优化
  •   3.1 引言
  •   3.2 问题描述
  •   3.3 模型及求解策略
  • 2模型'>    3.3.1 RC-SCO2模型
  •     3.3.2 换热器分段计算模型
  •     3.3.3 优化目标
  •     3.3.4 求解策略
  •   3.4 优化方法验证
  •   3.5 结果与讨论
  •     3.5.1 OBJe为目标函数的夹点定位及系统参数同步优化
  •     3.5.2 OBJw为目标函数的夹点定位同步系统优化
  •     3.5.3 热源进口温度（HSIT）敏感性分析
  •     3.5.4 冷源温升（HKTR）敏感性分析
  •     3.5.5 多目标优化
  •   3.6 本章小结
  • 2和ORC的集成及系统优化'>第四章 SCO2和ORC的集成及系统优化
  •   4.1 引言
  •   4.2 系统构建及建模和求解策略
  •     4.2.1 集成系统模型
  •     4.2.2 目标函数
  •     4.2.3 求解步骤和算法
  •   4.3 结果及讨论
  • 2+ORC集成系统优化'>    4.3.1 SCO2+ORC集成系统优化
  •     4.3.2 ORC工质对系统效率影响
  •     4.3.3 热源进口温度敏感性分析
  •     4.3.4 冷源温升的敏感性分析
  •   4.4 本章小结
  • 2系统建模及优化'>第五章 太阳能驱动的风冷SCO2系统建模及优化
  •   5.1 引言
  •   5.2 建模及求解过程
  •     5.2.1 太阳能系统模型
  •     5.2.2 求解流程
  •   5.3 结果及讨论
  •     5.3.1 太阳能集成系统发电研究
  •     5.3.2 熔融盐对系统的影响
  •     5.3.3 接收器出口温度敏感性分析
  • 2系统研究'>    5.3.4 不同地区太阳能驱动的SCO2系统研究
  •   5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 康瑞丽

    导师: 罗向龙

    关键词: 数学规划法,循环,夹点追踪,全局优化,系统集成

    来源: 广东工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,电力工业

    单位: 广东工业大学

    基金: 国家重点研发计划项目:超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究(项目编号2017YFB0601800)

    分类号: TM621;O221

    DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000240

    总页数: 119

    文件大小: 2577K

    下载量: 103

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