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基于布雷顿循环的超临界CO_2太阳能热发电系统性能研究

杨晨辉  
【摘要】:超临界CO_2(S-CO_2)热力循环相比目前常见工质的布雷顿循环有更好的系统性能,在塔式太阳能热发电和核能工业领域的应用潜力巨大。本文建立了基于闭式布雷顿循环的S-CO_2热发电系统模型,通过仿真计算研究太阳能集热器和稳态系统的系统特性。研究不同实际太阳输入条件下的变工况系统特性。获得的结论和相关数值结果如下:首先,建立S-CO_2热力循环系统的数学模型,确定镜场所接收太阳辐照强度总量的计算方法;通过系统灰箱网络模型分析系统用能,给出(火用)和(火用)损的数值计算方法。其次,比较空气、CO_2、He、S-CO_2等工质的系统性能,研究结果表明,S-CO_2系统性能相比其余工质更好,在低TIT(Turbine Inlet Temperature)下的循环热效率接近30%;太阳能集热器的最佳工作温度为1130K;耦合集热器分析了关键参数对S-CO_2系统性能的影响,结果表明,对于本文的系统模型,最佳压比为5;辐照强度越高,热发电系统效率越高,总效率越低;提高回热度可以有效提升系统性能;冷却器时系统中(火用)损最大的环节。最后,设计了全天工况下系统的运行模式,结果显示太阳辐照条件越好,日间模式下集热器平均效率越低,夏至工况下为47.78%,冬至工况下为54.87%;系统累计输出功越大,热效率越高,但系统总效率越低。辐照条件较差的工况需要更长的夜间运行时间,改变设计工况可以使系统保持全天运行。


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