太阳能有机朗肯循环低温热发电关键因素分析

祝于卿 陈沛哲 刘卓非

摘要：太阳能低温发电系统由有机朗肯循环和符合抛物面集热器组成，这种新型的太阳能低温热发电系统的设计理念是加强ORC发电的稳定性以及减小环流换热流体和有机工质传热温差来加强太阳能有机发电的发点效率，增强太阳能有机发电的发电能力，而根据实验数据可以看出系统优化的关键在于有机工质的蒸发温度、蒸发器计数等参数的变化，所以只要把握好这些参数的变化，就可以实现新型系统结构的完美实施，使实验的数据能够准确、全面的表现出实验数据，从而促进科学的进一步发展。

关键词：太阳能；低温热发电；有机朗肯循环

一、太阳能有机朗肯循环低温热发电因素理论分析

太阳能作为一种能够促进社会进一步发展的资源，对其进行合理的开发和利用是必要的，而太阳能热发电技术便是将太阳能转化为电能的核心技术。近几十年，随着太阳能技术的发展，在世界上创造出了一些高效率的电站，占地面积以及产电效率也极其客观。近几年国内在太阳能开发方面也取得了显著成效，在相关的技术开发、资源配置方面的水平也日趋完善，并建成了相关的示范工程。[1]目前的太阳能技术也存在缺点及局限性，因为现在的太阳能技术是采用热发电的技术，所以必须使热源的温度达到规定的温度才能实现设备的较高效率的运转。因此，想要获取足够的高温热源，对设备的要求也会有所提高，所以必须采用能够实现高度聚焦聚热的方式，最终形成复杂的太阳能系统，使人对控制程序也变得更加繁琐、占用大面积的场地进行设备的置办，也对工人的要求更加严格。

有机朗肯循环对比水蒸气还是具有显著优势的，譬如：在温度方面，要求就比水蒸气循环机制要低得多，也更容易达成，在低温的情况下也可以推动涡轮机进行工作，从而转化成电能，使压力转化成动能进而转化成电。有机朗肯循环在低温的情况下效率较高，在寒冷的冬季也可以保证设备的正常运行。通过实验得出结论显示，太阳能有机朗肯循环可以利用热能的资源近而转变成电力资源、促进发电，对人工资源的要求也有所降低。许多科学家发现，运用合适的循环机制能够提高发电的效率，促进热源转变成电能的最方便快捷的方法。

因为有机朗肯循环对温度的要求并不是很高，低温也可以保证设备的运行，使涡轮机可以成功形成做功的过程，可以因此使用较普通的设备就可以实现热能变为电的转换。这便使有机朗肯具有其他机制所不具有的良好的性能，而且该机制可以使之完成最多的工作、实现人类对于电的新的要求。Rabl等科学家经过一系列的实验研究得出运用平板或者圆柱作为介质进行的非真空环境条件下的循环系统的经济性能更加好，就算在较低的温度下，也可以是循环系统实现更好的热效率。而且使设备的运行次数比较少也可以完成任务。Saitoch提出了有机朗肯循环在高温的情况下热性能更好，也更加适合投入国家太阳能发电工程。而且他还介绍了新的太阳能循环系统技术，这种循环系统更加适用于较小规模的太阳能发电系统。[2]

二、太阳能有机朗肯循环低温热发电系统的概述

CPU的主要部件包括CPU、ORC以及它的附属系统，其中又包括了蒸发机、发电机等设备在蒸发器中吸收热能资源；气态的水蒸气进一步进入汽轮机通过膨胀等步骤使之做功，从而完成终极任务：发电。水蒸气通过各个设备之后最终完成一次循环，完成发电。

这种新型的发电系统改变以前用蓄热器发电的原理，使之发挥它的最新的优点：

（1）当蒸发器未能使水蒸气达到应达到的状态时，可以防止损伤汽轮机。

（2）储液罐中加入了新的设备使之减少了环境因素对于发电系统的制约作用。

（3）由于新型系统并不需要蓄热器接可以进行转换，从而降低了设备各个环节的温差，从而最终提高了转换城电能的效率。

三、数学计算形式

有机朗肯循环子系统与热、冷源的交换在相应转换器中进行，两者的转换系统具有极大地相似性。

（一）相关的接收电能量计算

集热器的接受热能资源的机制，他的相关结构如图。接收热能资源的多少也根据时间等因素有相关的影响。对于接收面的角度问题要运用人工进行控制。以此来控制能量的增加，从而实现电能资源数量的大幅增加，所以要控制好相关角度，请专业人士对设备进行调整，这对最后能转换成电能的多少有重要的作用。

（二）效率的演示

当代产品尺寸在一定范围内，效率相应的也可以根据相关的概率进行计算。只因为各个设备之间水蒸气的流向存在着巨大的差异，相应的也会影响其温度。

（三）发电机制总量

根据接收热量岁具体时间的变化，本文以每个小时作为基本的单位。

（四）基本概述

根据相关实际的数据可以对相关系统进行实验，从而得出计算结论。新型循环系统系统与初级系统的区别。设备的大小方面会存在差异，而且对于温度的灵敏度夜有所提升，在固定温度情况下，两级系统比单级系统更加实用，也能够产生更多的电能。上文提到的平板的倾斜程度也和电能的产生有重要的关联，两级系统关于这方面做出了更多的调整，使之适应不同季节、不同光照的变化。[3]

四、总结

采用两种设备可以有效提高集热，从而使转换成的电能数量增加，使用两种设备也可以使相关的效率有所提高。并且随着温度等因素的提高，该转换器的优点也能发挥到实处。根据相关地区的温度、湿度、光照等条件，运用人工等对相关平板的倾斜程度进行相关的调整，最后转换成电能的数量也会增加，提高了设备的效率。设备的最终成果呈现情况也和温度这一重点条件有重要的关系，随着温度的变化，最后获得电能资源的数量也会有所变化。当然，也要注意过犹不及，将温度调整到合适的区间，是水蒸气能够完全转换为电能。在满足这一条件的情况下，该系统基本可以达到一定的数值。

参考文献：

[1]叶依林.基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统的研究[D].華北电力大学，2012.

[2]李晶.太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究[D].中国科学技术大学，2011.

[3]李晶，裴刚，季杰.太阳能有机朗肯循环低温热发电关键因素分析[J].化工学报，2009，60（04）：826832.

作者简介：第一作者祝于卿（1997），男，汉族，浙江丽水人，研究方向：过程装备与控制工程。