太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電關(guān)鍵因素分析

祝于卿 陳沛哲 劉卓非

摘要：太陽能低溫發(fā)電系統(tǒng)由有機(jī)朗肯循環(huán)和符合拋物面集熱器組成，這種新型的太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是加強(qiáng)ORC發(fā)電的穩(wěn)定性以及減小環(huán)流換熱流體和有機(jī)工質(zhì)傳熱溫差來加強(qiáng)太陽能有機(jī)發(fā)電的發(fā)點(diǎn)效率，增強(qiáng)太陽能有機(jī)發(fā)電的發(fā)電能力，而根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵在于有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)器計(jì)數(shù)等參數(shù)的變化，所以只要把握好這些參數(shù)的變化，就可以實(shí)現(xiàn)新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完美實(shí)施，使實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、全面的表現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽能；低溫?zé)岚l(fā)電；有機(jī)朗肯循環(huán)

一、太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電因素理論分析

太陽能作為一種能夠促進(jìn)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的資源，對其進(jìn)行合理的開發(fā)和利用是必要的，而太陽能熱發(fā)電技術(shù)便是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的核心技術(shù)。近幾十年，隨著太陽能技術(shù)的發(fā)展，在世界上創(chuàng)造出了一些高效率的電站，占地面積以及產(chǎn)電效率也極其客觀。近幾年國內(nèi)在太陽能開發(fā)方面也取得了顯著成效，在相關(guān)的技術(shù)開發(fā)、資源配置方面的水平也日趨完善，并建成了相關(guān)的示范工程。[1]目前的太陽能技術(shù)也存在缺點(diǎn)及局限性，因?yàn)楝F(xiàn)在的太陽能技術(shù)是采用熱發(fā)電的技術(shù)，所以必須使熱源的溫度達(dá)到規(guī)定的溫度才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的較高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，想要獲取足夠的高溫?zé)嵩?，對設(shè)備的要求也會(huì)有所提高，所以必須采用能夠?qū)崿F(xiàn)高度聚焦聚熱的方式，最終形成復(fù)雜的太陽能系統(tǒng)，使人對控制程序也變得更加繁瑣、占用大面積的場地進(jìn)行設(shè)備的置辦，也對工人的要求更加嚴(yán)格。

有機(jī)朗肯循環(huán)對比水蒸氣還是具有顯著優(yōu)勢的，譬如：在溫度方面，要求就比水蒸氣循環(huán)機(jī)制要低得多，也更容易達(dá)成，在低溫的情況下也可以推動(dòng)渦輪機(jī)進(jìn)行工作，從而轉(zhuǎn)化成電能，使壓力轉(zhuǎn)化成動(dòng)能進(jìn)而轉(zhuǎn)化成電。有機(jī)朗肯循環(huán)在低溫的情況下效率較高，在寒冷的冬季也可以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論顯示，太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)可以利用熱能的資源近而轉(zhuǎn)變成電力資源、促進(jìn)發(fā)電，對人工資源的要求也有所降低。許多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用合適的循環(huán)機(jī)制能夠提高發(fā)電的效率，促進(jìn)熱源轉(zhuǎn)變成電能的最方便快捷的方法。

因?yàn)橛袡C(jī)朗肯循環(huán)對溫度的要求并不是很高，低溫也可以保證設(shè)備的運(yùn)行，使渦輪機(jī)可以成功形成做功的過程，可以因此使用較普通的設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)熱能變?yōu)殡姷霓D(zhuǎn)換。這便使有機(jī)朗肯具有其他機(jī)制所不具有的良好的性能，而且該機(jī)制可以使之完成最多的工作、實(shí)現(xiàn)人類對于電的新的要求。Rabl等科學(xué)家經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)研究得出運(yùn)用平板或者圓柱作為介質(zhì)進(jìn)行的非真空環(huán)境條件下的循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能更加好，就算在較低的溫度下，也可以是循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更好的熱效率。而且使設(shè)備的運(yùn)行次數(shù)比較少也可以完成任務(wù)。Saitoch提出了有機(jī)朗肯循環(huán)在高溫的情況下熱性能更好，也更加適合投入國家太陽能發(fā)電工程。而且他還介紹了新的太陽能循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)，這種循環(huán)系統(tǒng)更加適用于較小規(guī)模的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。[2]

二、太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的概述

CPU的主要部件包括CPU、ORC以及它的附屬系統(tǒng)，其中又包括了蒸發(fā)機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備在蒸發(fā)器中吸收熱能資源；氣態(tài)的水蒸氣進(jìn)一步進(jìn)入汽輪機(jī)通過膨脹等步驟使之做功，從而完成終極任務(wù)：發(fā)電。水蒸氣通過各個(gè)設(shè)備之后最終完成一次循環(huán)，完成發(fā)電。

這種新型的發(fā)電系統(tǒng)改變以前用蓄熱器發(fā)電的原理，使之發(fā)揮它的最新的優(yōu)點(diǎn)：

（1）當(dāng)蒸發(fā)器未能使水蒸氣達(dá)到應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)時(shí)，可以防止損傷汽輪機(jī)。

（2）儲(chǔ)液罐中加入了新的設(shè)備使之減少了環(huán)境因素對于發(fā)電系統(tǒng)的制約作用。

（3）由于新型系統(tǒng)并不需要蓄熱器接可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而降低了設(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)的溫差，從而最終提高了轉(zhuǎn)換城電能的效率。

三、數(shù)學(xué)計(jì)算形式

有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)與熱、冷源的交換在相應(yīng)轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行，兩者的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有極大地相似性。

（一）相關(guān)的接收電能量計(jì)算

集熱器的接受熱能資源的機(jī)制，他的相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖。接收熱能資源的多少也根據(jù)時(shí)間等因素有相關(guān)的影響。對于接收面的角度問題要運(yùn)用人工進(jìn)行控制。以此來控制能量的增加，從而實(shí)現(xiàn)電能資源數(shù)量的大幅增加，所以要控制好相關(guān)角度，請專業(yè)人士對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，這對最后能轉(zhuǎn)換成電能的多少有重要的作用。

（二）效率的演示

當(dāng)代產(chǎn)品尺寸在一定范圍內(nèi)，效率相應(yīng)的也可以根據(jù)相關(guān)的概率進(jìn)行計(jì)算。只因?yàn)楦鱾€(gè)設(shè)備之間水蒸氣的流向存在著巨大的差異，相應(yīng)的也會(huì)影響其溫度。

（三）發(fā)電機(jī)制總量

根據(jù)接收熱量歲具體時(shí)間的變化，本文以每個(gè)小時(shí)作為基本的單位。

（四）基本概述

根據(jù)相關(guān)實(shí)際的數(shù)據(jù)可以對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而得出計(jì)算結(jié)論。新型循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)與初級系統(tǒng)的區(qū)別。設(shè)備的大小方面會(huì)存在差異，而且對于溫度的靈敏度夜有所提升，在固定溫度情況下，兩級系統(tǒng)比單級系統(tǒng)更加實(shí)用，也能夠產(chǎn)生更多的電能。上文提到的平板的傾斜程度也和電能的產(chǎn)生有重要的關(guān)聯(lián)，兩級系統(tǒng)關(guān)于這方面做出了更多的調(diào)整，使之適應(yīng)不同季節(jié)、不同光照的變化。[3]

四、總結(jié)

采用兩種設(shè)備可以有效提高集熱，從而使轉(zhuǎn)換成的電能數(shù)量增加，使用兩種設(shè)備也可以使相關(guān)的效率有所提高。并且隨著溫度等因素的提高，該轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)也能發(fā)揮到實(shí)處。根據(jù)相關(guān)地區(qū)的溫度、濕度、光照等條件，運(yùn)用人工等對相關(guān)平板的傾斜程度進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，最后轉(zhuǎn)換成電能的數(shù)量也會(huì)增加，提高了設(shè)備的效率。設(shè)備的最終成果呈現(xiàn)情況也和溫度這一重點(diǎn)條件有重要的關(guān)系，隨著溫度的變化，最后獲得電能資源的數(shù)量也會(huì)有所變化。當(dāng)然，也要注意過猶不及，將溫度調(diào)整到合適的區(qū)間，是水蒸氣能夠完全轉(zhuǎn)換為電能。在滿足這一條件的情況下，該系統(tǒng)基本可以達(dá)到一定的數(shù)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉依林.基于太陽能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]李晶.太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)中低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

[3]李晶，裴剛，季杰.太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電關(guān)鍵因素分析[J].化工學(xué)報(bào)，2009，60（04）：826832.

作者簡介：第一作者祝于卿（1997），男，漢族，浙江麗水人，研究方向：過程裝備與控制工程。