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Performance of S-CO_2 Brayton Cycle and Organic Rankine Cycle(orc) Combined System Considering the Diurnal Distribution of Solar Radiation

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Journal of Thermal Science 2019年第3期28卷 463-471页

作者： GAO Wei YAO Mingyu CHEN Yong LI Hongzhi ZHANG Yifan ZHANG Lei Xi'an Thermal Power Research Institute Co. Ltd.

This paper researches the performance of a novel supercritical carbon dioxide(S-CO_2) Brayton cycle and organic Rankine cycle(orc) combined system with a theoretical solar radiation diurnal distribution. The new system supplies all solar energy to a S-CO_2 Brayton cycle heater, where heat releasing from the S-CO_2 cooler is stored in the thermal storage system which is supplied to the orc. Therefore, solar energy is kept at a high temperature, while at the same time the thermal storage system temperature is low. This paper builds a simple solar radiation diurnal distribution model. The maximum continuous working time, mass of thermal storage material, and parameter variations of the two cycles are simulated with the solar radiation diurnal distribution model. 10 organic fluids and 5 representative thermal storage materials are compared in this paper, with the mass and volume of these materials being shown. The longer the continuous working time is, the lower the system thermal efficiency is. The maximum continuous working time can reach 19.1 hours if the system provides a constant power output. At the same time, the system efficiency can be kept above 38% for most fluids.

关键词： solar power generation S-CO2 brayton cycle orc thermal storage temperature combined cycle

Experimental Study on the Performance of orc System Based on Ultra-Low Temperature Heat Sources

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Energy Engineering 2024年第1期121卷 145-168页

作者： Tianyu Zhou Liang Hao Xin Xu Meng Si Lian Zhang College of Mechanical Engineering Tianjin University of Science&TechnologyTianjin300222China School of Energy Engineering Tianjin Sino-German University of Applied SciencesTianjin300350China Tianjin“The Belt and Road”Joint Laboratory Tianjin Sino-German University of Applied SciencesTianjin300350China

This paper discussed the experimental results of the performance of an organic Rankine cycle(orc)system with an ultra-low temperature heat *** low boiling point working medium R134a was adopted in the *** simulated heat source temperature(SHST)in this work was set from 39.51°C to 48.60°C by the simulated heat source *** influence of load percentage of simulated heat source(LPSHS)between 50%and 70%,the rotary valve opening(RVO)between 20%and 100%,the resistive load between 36Ωand 180Ωor the no-load of the generator,as well as the autumn and winter ambient temperature on the system performance were *** results showed that the stability of the system was promoted when the generator had a resistive *** power generation(PG)and generator speed(GS)of the system in autumn were better than in winter,but the expander pressure ratio(EPR)was lower than in *** RVO unchanged,the SHST,the mass flow rate(MFR)of the working medium,GS,and the PG of the system increased with the increasing of LPSHS for different generator resistance load *** the RVO was 60%,LPSHS was 70%,the SHST was 44.15°C and the resistive load was 72Ω,the highest PG reached 15.11 ***,a simulation formula was obtained for LPSHS,resistance load,and PG,and its correlation coefficient was between 0.9818 and *** formula can accurately predict the *** experimental results showed that the standard deviation between the experimental and simulated values was below 0.0792,and the relative error was within±5%.

关键词： orc load percentage of simulated heat source resistive load rotary valve opening power generation

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窄点温差匹配对orc系统性能的影响

机械工程学报 2017年第8期53卷 158-165页

作者：汪健生岳开红天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072

选取多种有机工质,以单位净功的换热面积(Heat exchanger area per unit power output,APR)为目标函数对有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,orc)系统进行优化分析,讨论蒸发器与冷凝器的窄点温差匹配对系统经济性能的影响。探讨在不同... 详细信息

选取多种有机工质,以单位净功的换热面积(Heat exchanger area per unit power output,APR)为目标函数对有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,orc)系统进行优化分析,讨论蒸发器与冷凝器的窄点温差匹配对系统经济性能的影响。探讨在不同的热源温度、冷源流量以及蒸发温度下,窄点温差之比对系统经济性能的影响的变化,从而确定最优的系统参数。研究结果表明:对于所选工质,均存在一最优窄点温差比,使系统的经济性能最佳,并且对于不同工质,最佳窄点比存在差异。最佳窄点温差比随窄点温差之和以及热源温度增加而增大,随蒸发温度升高而减小,而冷源流量对最佳窄点温差比几乎没有影响。窄点温差的匹配对系统参数的选择有较大的影响,合适的窄点匹配关系能有效改善orc系统性能。

关键词：窄点温差匹配 orc 经济性能

基于S-CO_(2)循环和orc耦合的燃煤发电系统烟气余热深度利用方案研究

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中国科学：技术科学 2023年第3期53卷 375-384页

作者：郭源东孙恩慧徐进良刘广林王兆福刘国华低碳高效发电技术河北省重点实验室(华北电力大学) 保定071003 低品位能源多相流与传热北京市重点实验室(华北电力大学) 北京102206

多级压缩回热能够显著提升超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环效率,然而当其应用于燃煤发电领域时,由于回热程度的提高,锅炉尾部烟气余热吸收困难.针对这一问题,本文构建了一次再热三级压缩S-CO_(2)循环(TC+RH)和有机朗肯循环(R123)深度耦合... 详细信息

多级压缩回热能够显著提升超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环效率,然而当其应用于燃煤发电领域时,由于回热程度的提高,锅炉尾部烟气余热吸收困难.针对这一问题,本文构建了一次再热三级压缩S-CO_(2)循环(TC+RH)和有机朗肯循环(R123)深度耦合的联合循环,通过优化系统与环境间的能量流动过程,逐步提高系统性能.首先通过orc同时逐级吸收S-CO_(2)循环冷却器与锅炉烟气热能,降低锅炉排烟温度、提高锅炉效率.在S-CO_(2)循环主气参数为620℃/30 MPa时,排烟温度从132℃降低到123℃,系统发电效率从47.13%提升到47.24%.引入有机朗肯循环(orc)构建的联合循环可以有效地吸收锅炉尾部烟道烟气余热,获得更高的锅炉效率从而使系统发电效率提高.进而在耦合orc的基础上,充分利用S-CO_(2)循环冷却器变温放热特点,通过空气与R123共同吸收冷却器内高温段热量,实现系统发电效率的进一步提高(47.24%~48.90%).本文为同时实现高效吸收锅炉尾部烟道烟气余热以及回收循环冷却器热量提供了有效的解决途径.

关键词： S-CO_(2)循环 orc 燃煤发电系统烟气余热吸收冷却器热量回收

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基于当量热阻的orc工质选择方法研究

工程热物理学报 2018年第1期39卷 23-30页

作者：徐燕燕叶爽黄伟光中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学北京100000 上海科技大学上海201210

根据有机朗肯循环(orc)蒸发器中夹点出现的位置,将其换热过程分为夹点出现在预热起始点(PPP)、夹点出现在工质汽化起始点(VPP)、以及夹点同时出现在预热起始点和汽化起始点(PVPP)三种情况,定义吸热工质和热源流体的热容流率之比为热容比... 详细信息

根据有机朗肯循环(orc)蒸发器中夹点出现的位置,将其换热过程分为夹点出现在预热起始点(PPP)、夹点出现在工质汽化起始点(VPP)、以及夹点同时出现在预热起始点和汽化起始点(PVPP)三种情况,定义吸热工质和热源流体的热容流率之比为热容比ε,经分析发现PPP,PVPP,VPP三种换热过程分别对应ε>1,ε=1,ε1).使用基于(火积)耗散率定义的当量热阻来度量换热过程的不可逆性,对比分析三种换热过程对热回收量和当量热阻的影响情况,发现换热过程为PVPP(ε=1)时蒸发器热回收量最大、当量热阻最小.最后对于热源条件确定的蒸发器,以ε=1为目标函数,同时对循环工质和运行参数进行优化。

关键词： orc 蒸发器热回收 (火积)耗散当量热阻

基于热力学第二定律的orc蒸气发生器性能优化

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化工学报 2019年第11期70卷 4238-4246页

作者：余伟王辉涛王建军朱道飞陶帅葛众黄靖伦赵玲玲昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093 云南大学建筑与规划学院云南昆明650091

为了更深入地研究低温余热驱动orc系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及... 详细信息

为了更深入地研究低温余热驱动orc系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及保证循环工质在蒸气发生器出口为饱和蒸气条件下,对不同工况下的工质质量流速进行优化,并分析了在一系列换热管管径下,烟气入口温度、工质入口压力、管外对流传热系数、单根换热管烟气质量流量对目标函数及工质最优质量流速的影响。结果表明:工质入口压力与管外对流传热系数对最优工质质量流速影响显著,随着工质入口压力与管外对流传热系数的增大,最优工质质量流速增大,对应的换热管径减小;而烟气入口温度、单根换热管烟气质量流量对最优工质质量流速影响甚微。

关键词：烟道气余热回收 orc 蒸气发生器传热优化

河北沧县台拱带中、低温地热资源orc发电与综合梯级利用

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地球学报 2019年第2期40卷 307-313页

作者：秦祥熙张萌叶佳刘红梅王贵玲石建省中国地质科学院水文地质环境地质研究所河北石家庄050061 中国地质大学(北京) 北京100083 浙江陆特能源科技股份有限公司浙江杭州310051

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地大地构造位置位于华北平原沧县台拱带之献县断凸,利用其地下蓟县系岩溶裂隙热储层热水开展中低温地热发电与综合梯级利用研究。地热发电装机容量280 kW,采用orc向心透平膨胀技术,系统工质... 详细信息

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地大地构造位置位于华北平原沧县台拱带之献县断凸,利用其地下蓟县系岩溶裂隙热储层热水开展中低温地热发电与综合梯级利用研究。地热发电装机容量280 kW,采用orc向心透平膨胀技术,系统工质为R245fa。分别于2018年2月4—6日(冬季)、2018年3月6—16日(春季)进行两次试运行,累计发电时长274h,累计发电量36956kWh,平均发电效率9.1%,最高10.4%。发电效率高于我国已有中低温地热发电项目,在目前国际中低温orc地热发电项目中处于较高水平。试运行期间发电机组整体运行效果较好且运行稳定,冬季地热发电机组运行效果好于春季。科研基地建设完成后,将进行发电、供暖、地热生态园三级利用,按照90～95/25℃的地热水热能潜力,综合发电供暖两级利用计算能源综合利用率将达70%～76%。

关键词：中低温地热资源地热发电 orc 地热梯级利用

Small orc （Organic Rankine Cycle） Power Units for F^emote Applications

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Journal of Energy and Power Engineering 2014年第12期8卷 2065-2073页

作者： Jean Gropper Ormat Technologies lnc. Reno 89511-1136 USA

Over the last 45 years, the development of backbone telecommunications systems and construction of strategic oil and gas pipelines has spanned tens of thousands ofkilometres in harsh environments （arctic to tropical, unmanned or developing areas）. As the vast majority of these areas are without an electrical power lines infrastructure, the need arose for a highly reliable and maintenance-free power supply to allow the continuous operations of these projects. orc （Organic Rankine Cycle） based on CCVT （closed cycle vapor turbogenerator） was specially developed for the special requirements. The paper presents the CCVT and its mode of operation, design criteria and case studies in projects implemented in the last 45 years.

关键词： orc CCVT reliability MTBF remote.

非共沸混合工质用于C-orc系统的热力学分析

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热能动力工程 2018年第8期33卷 1-7页

作者：余廷芳蔡双晋廖雷南昌大学机电工程学院

以低温烟气为热源,以R245fa、R152a及不同比例R245fa/R152a混合物为工质,提出新型的再热-抽汽-内回热联合有机朗肯循环（C-orc）系统,基于美国NIST提供的制冷剂物性参数查询软件（REFPROP）及数学处理软件（MATLAB）混合编程,以净输出... 详细信息

以低温烟气为热源,以R245fa、R152a及不同比例R245fa/R152a混合物为工质,提出新型的再热-抽汽-内回热联合有机朗肯循环（C-orc）系统,基于美国NIST提供的制冷剂物性参数查询软件（REFPROP）及数学处理软件（MATLAB）混合编程,以净输出功和热效率为主要目标参数,分析系统性能随抽汽回热器出口温度、再热温度、不同比例混合工质的变化关系。结果表明,相同蒸发温度下纯工质R245fa的热力性能优于R152a,其最佳的抽汽回热器出口温度分别为70和55℃,抽汽回热器出口温度对系统的影响要大于再热温度的影响;混合工质分析中,在70℃抽汽回热器出口温度、105℃再热温度下,存在R245fa/R152a最佳质量分数比0.85/0.15,对应的净输出功为37.18 kW、热效率为18.52%、损为30.08 kW,其中蒸发器、冷凝器所占的损最大。

关键词：非共沸工质再热/抽汽/内回热 orc 热力学性质