有機朗肯循環(huán)（ORC）地熱發(fā)電技術(shù)系統參數優(yōu)化探究

根據介質(zhì)的溫度狀況，可以將地熱發(fā)電系統分為三種 ：高溫(>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 系統。有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)可廣泛應用于低品位能源發(fā)電利用系統，對于地熱發(fā)電系統具有較為突出的優(yōu)勢。因此，國內外許多研究機構和學(xué)者對 ORC 地熱發(fā)電系統的結構設計、系統性能、工質(zhì)選擇、設計參數優(yōu)化等方面進(jìn)行了大量而深入的研究。

ORC 地熱發(fā)電系統的優(yōu)化

通過(guò)參數優(yōu)化結果可知 ：在亞臨界 ORC 地熱系統的范圍內，工質(zhì) R123 可以使循環(huán)具有最高的熱效率和（火用）效率。

選取 R123 作為 ORC 地熱發(fā)電系統的工質(zhì)，分別在高溫 (>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 的情況下，以最高的循環(huán)熱效率作為優(yōu)化目標，對 ORC 地熱發(fā)電系統進(jìn)行優(yōu)化研究。選取透平進(jìn)口壓力、透平進(jìn)口溫度這兩個(gè)關(guān)鍵參數作為決策變量。其中透平進(jìn)口壓力 [MPa] 取值范圍為，高、中、低溫小于等于 1 ；透平進(jìn)口溫度 [K] 取值范圍為，高溫≤ 443.15，中溫≤ 383.15，低溫≤ 343.15。

ORC 地熱發(fā)電系統參數優(yōu)化的相關(guān)計算條件見(jiàn)表 1。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化計算，分別得到了低溫、中溫和高溫 ORC 地熱發(fā)電系統的優(yōu)化結果如表 2 所示。

針對 ORC 地熱發(fā)電系統的特點(diǎn)，在建立 ORC 地熱系統熱力學(xué)模型并選取 R123 作為循環(huán)工質(zhì)的基礎上，以最高的循環(huán)熱效率為目標函數，采用 NSGA-II 算法，分別在高溫 (>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 的情況下，優(yōu)化系統參數并得到最優(yōu)工況。分析優(yōu)化結果表明，在中低溫（<120℃左右）范圍內，循環(huán)熱效率隨著(zhù)熱源溫度的升高而明顯升高 ；循環(huán)工質(zhì) R123 在最高壓力時(shí)的飽和溫度限制了透平進(jìn)口溫度的有效提升，因此，當熱源溫度達到 120℃ -130℃左右，如果進(jìn)一步提升熱源溫度，循環(huán)熱效率基本保持不變。只有通過(guò)進(jìn)一步提升循環(huán)壓比，才能有效的提升循環(huán)熱效率 ；在系統的最優(yōu)工況條件下，循環(huán)都具有相對較高的（火用）效率 ；升高熱源溫度可以有效提升系統凈輸出功率 ；