太陽能-制冷劑集成混合動(dòng)力系統(tǒng)

1、太陽能制冷劑集成混合動(dòng)力系統(tǒng)摘要這篇文章報(bào)道了太陽能制冷劑集成的新型混合動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用太陽能熱能和制冷劑作為原料。該系統(tǒng)由制冷劑直接膨脹的開式循環(huán)組成，其中單一介質(zhì)的制冷劑從壓力不斷增加的狀態(tài)，經(jīng)過閉環(huán)布雷頓循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)到低壓狀態(tài)。膨脹過程使用太陽能熱能作為過熱源，有序地發(fā)生在渦輪機(jī)的高壓，中壓和低壓三個(gè)階段中。開式循環(huán)中含有渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段，而閉式循環(huán)只有渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的中等和低壓兩個(gè)階段。用太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和制冷劑燃料動(dòng)力系統(tǒng)作為

2、基準(zhǔn)，來評(píng)定新提出的混合動(dòng)力系統(tǒng)的性能，三個(gè)系統(tǒng)都使用序列二次規(guī)劃（SQP）的方法來優(yōu)化。結(jié)果表明，集成混合動(dòng)力系統(tǒng)能提供更好的整體系統(tǒng)效率，并且能夠提供高于其他兩個(gè)系統(tǒng)輸出功率之和的百分之三十的輸出功率。關(guān)鍵詞：低溫儲(chǔ)能；混合動(dòng)力系統(tǒng)；系統(tǒng)優(yōu)化；太陽能；制冷劑。AbstractThispaperreptsanewintegratedsolarcryogenhybridpowersystemthatusessolarthermalene

3、rgycryogenasthefeedstocks.Thesystemconsistsofadirectexpansion(opencycle)ofcryogenfromanelevatedpressureaclosedloopBraytoncycleoperatedatamediumtolowpressure.Theexpansionoccurssequentiallyinthreestages(highpressuremediuml

4、owpressureturbines)usingsolarheatasthesuperheatingsource.Theopencycleusesallthethreeturbineswhereastheclosedcycleonlyusesthemediumlowpressureturbines.Asolarthermalpowersystemacryogenfuelledpowersystemareusedasthebenchmar

5、kstoevaluatetheperfmanceofthenewlyproposedhybridsystemthethreesystemsareoptimisedusingasequentialquadraticprogramming(SQP)method.Theresultsshowthattheintegratedhybridsystemgivesafarbetteroverallsystemefficiencyprovidesov

6、er30%mepoweroutputthatthesummationofthepoweroutputsofthetwoothersystems.1引言在當(dāng)今世界，能源和環(huán)境是人們最關(guān)心的兩個(gè)問題。一個(gè)多世紀(jì)以來，廉價(jià)并且豐富的化石能源一直支撐著工業(yè)發(fā)展和生活水平的日益增長(zhǎng)。然而，尤其是在發(fā)太陽能制冷劑集成混合動(dòng)力系統(tǒng)2如后面將要看到的那樣，這種集成系統(tǒng)將提供一種高的總體利用效率，并且減輕制冷劑再汽化過程對(duì)環(huán)境的影響。此外，最近提出了一個(gè)

7、方案，用液態(tài)氮或者空氣作為燃料，以及高峰電力和可再生能源的能源載體。這導(dǎo)致了，在使用直接膨脹法或者聯(lián)合循環(huán)法提取低溫能量方面，進(jìn)行各種各樣的理論和實(shí)踐的研究。這些研究表明，在提取熱量方面，制冷劑是一種比水或者蒸汽更有效的工作液體。在這項(xiàng)工作中，提出并分析了一種集成的太陽能制冷劑混合動(dòng)力系統(tǒng)。用太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和制冷劑燃料動(dòng)力系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，來評(píng)價(jià)新提出的集成系統(tǒng)并且使用二次規(guī)劃的方法優(yōu)化三個(gè)系統(tǒng)的性能。正如下文所示，集成太陽能制冷劑的混合

8、動(dòng)力系統(tǒng)將提供更高的整體系統(tǒng)效率。2熱力學(xué)系統(tǒng)和建模方法在這一節(jié)中，將對(duì)三個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析（1）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)；（2）制冷劑燃料動(dòng)力系統(tǒng)；（3）太陽能制冷劑混合動(dòng)力系統(tǒng)。用太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和制冷劑燃料動(dòng)力系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，來評(píng)估這項(xiàng)工作中提出的集成動(dòng)力系統(tǒng)。2.1太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)一個(gè)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包含著集中太陽光，這樣使某些小區(qū)域成為了高溫?zé)嵩?。熱能運(yùn)載體通常用來傳送熱量，通過一個(gè)熱交換系統(tǒng)把熱量傳遞給工作流體。表1展示了一系列通常使

9、用的高溫?zé)崮苓\(yùn)載體，它們要么是純的要么是混合的熱流體。圖1是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。在郎肯循環(huán)中，該系統(tǒng)使用水作為工作流體，并且該系統(tǒng)已經(jīng)有了實(shí)際的應(yīng)用。該系統(tǒng)工作如下：通過拋物槽或者其他類型集熱器來加熱熱能運(yùn)載體的方法，收集太陽輻射能。在高壓水進(jìn)入高壓蒸汽渦輪機(jī)（HP）之前，在熱交換器（HX1）里高溫運(yùn)載體將其過熱。在蒸汽渦輪機(jī)中提取出一部分中等壓力下的蒸汽，在熱交換器2(HX2)中，高溫?zé)崮苓\(yùn)載體將其從新加熱，然后將其送到低壓蒸汽