摘要
我国边防、海岛等电网和市政热网没有覆盖的地区，地方偏远，一般采用柴发供电并燃煤供热方式，成本高昂且环保性差。太阳能驱动的热电联产系统具有结构小，投资少，供电供热两产品输出等优势，减少了对化石能源的依赖，本文提出一种太阳能驱动的有机朗肯循环的热电联产系统，对其进行了性能分析和优化。 首先，对太阳能有机朗肯循环热电联产系统的构成进行了介绍，即导热油通过太阳能集热器吸收热量，将热量通过蒸发器传递给有机朗肯循环做功进行发电，在蒸发器换完热的余热的导热油进入供热换热器进行热能的供应，发电和供热系统可以独立运行。针对太阳能波动特点，增加蓄热器和补燃装置。并建立了系统各个部件的物理模型和数学模型。集热器和蒸发器作为系统的重要部件，分别对其效率和传热模型进行了精细的分析和计算。根据有机工质选择标准，从安全性、稳定性、环保性、经济性的特性考虑，确定了最适用于本系统的工质R245fa。 然后，基于部件的数学模型，利用MATLAB编写了仿真程序。给定电负荷，模拟了系统蒸发温度、过热度、夹点温差三种设计参数和热电比这一运行参数，对系统热效率、?效率、RSC（系统的热电成本率）三种性能参数的影响。模拟的结果表示，蒸发温度增大，热效率升高、RSC减小，同时?效率下降；过热度增大，热效率和?效率都下降，同时RSC会增大，所以过热度的选择应该尽量小；夹点温差增大，热效率和?效率都会下降，但是换热器面积减小，使得RSC变小；热电比的增加不管是对热力学指标还是经济学指标都是有益的，但是热电比过大表示过多的集热量用在了供热上，不符合能量阶梯利用原则。接着对设计参数进行敏感性分析发现，对热效率来说，热电比影响最大，夹点温差的影响几乎没有；而?效率来说，热电比和夹点温差的影响都很大；对于RSC来说，热电比、蒸发温度、过热度和夹点温差的影响作用都很大，其中热电比最大，夹点温差最小。 最后，为了确定最优的系统设计参数，根据以上的模拟的结果，利用响应曲面法建立了设计参数和性能参数之间的方程，然后利用NSGA-Ⅱ算法进行多目标的优化，得到Pareto最优解集，根据理想点法确定最优点，最优点的设计参数为蒸发温度147.5℃，过热度2℃，夹点温差6℃，此时系统热效率为13.60%，?效率为32.88%，RSC为0.64；同时对蓄能时长和太阳倍数进行了优化选择，最后选择真实气候条件进行全年模拟，最优工况下，发电电能约为122.07MWh，供热255.7MWh，相对于柴油发电和燃煤供热的相同的电能和热能，一年可节约二氧化碳量178300kg，成本减小0.92倍，证明了本系统的环保性和经济性。
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