增强型地热系统复合发电方式优化及适用性研究

发布时间：2020-03-30 04:54

【摘要】：利用干热岩资源进行地热发电的系统在国际上称为增强型地热系统(EGS)。我国干热岩资源丰富,因此开展与干热岩资源相匹配的最佳发电方式的研究十分重要。本文对不同发电方式进行了详尽的热力学分析和系统优化,考虑了有机朗肯循环(ORC)常用的五种工质,绘制了三种复合发电方式在不同地热流体工况下的适用范围图。此外,本研究采用了平准化电力成本和投资回收期两种方法对不同复合发电方式进行了详细的技术经济分析。本研究为选择EGS最佳发电方案提供了有效的分析方法,获得的数据与结论对工程应用具有指导意义。本文分析了四种发电方式:单级闪蒸系统(SF)、双级闪蒸系统(DF)、单级闪蒸+ORC系统(FORC)、以及双级闪蒸+ORC系统(DFORC)。其中SF为基本循环,其他复合发电方式的净增发电量通过与SF比较得出。本文建立了SF、DF、FORC、DFORC四种发电方式的热力模型,对R123、R152a、异丁烷、正戊烷、和R245fa分别作为ORC工质进行了研究。详细描述并展示了以下参数的优化过程:DF系统中第二级闪蒸温度、FORC系统中ORC蒸发温度、以及DFORC系统中ORC蒸发温度。本研究以系统净发电量最大化作为目标函数,在不同地热条件下分析了各优化参数的变化规律,以超过SF净发电量20%作为DF、FORC和DFORC的选用标准,绘制了DF、FORC、DFORC发电方式在不同地热流体工况下的适用范围图。在给定的地热流体温度和干度条件下,对不同复合发电方式的优化结果表明:以净发电量最大化做为目标函数所得到的优化参数更具实用价值。对不同地热流体情况(温度=80~260℃;干度=0~0.4)的优化结果显示:最佳闪蒸温度及ORC蒸发温度均随地热流体温度的升高而升高,随地热流体干度的增加而升高,当地热流体温度较高时更为明显。每种复合发电方式的适用范围既是地热流体温度的函数也是地热流体干度的函数。三种复合发电方式的净发电量及净发电量增长率均随地热流体温度的增加而增长;在每种复合发电方式的适用范围内,干度越小,复合发电方式的优越性就越明显。对平准化电力成本的技术经济分析表明DF发电方式有明显优势。FORC系统的经济性也优于SF系统,但受限于ORC工质的临界温度,在较低地热流体温度情况下,其发电成本一般较大。DFORC发电方式的平准化电力成本与SF系统相比基本相同,但由于DFORC系统净发电量多,长期运行的效益明显,仍不失为可供选择的一种EGS发电方式。
【图文】：

能源消耗,数据来源,新能源,情况

第一章绪论政策上对煤改气的进一步要求，可以预见如果不大力发展扶持新能源的利用和新能源在我国能源消费结构中的占比，我国天然气需求量还将继续大幅增加，进一步增加对进口的依赖度。受地缘政治不确定性、国际能源需求增加、能源占有市场争夺的影响，我国能源安全形势严峻。表 1-1 2015 年中国一次能源费量（亿顿标准煤）（国家统计局，，2015）Table 1-1 China's primary energy expenditure in 2015 (100 million standard coal) (NationaBureau of Statistics of the People's Republic of China, 2015)总量煤炭石油天然气可再生能源43 27.52 7.78 2.54 5.16

示意图,干热岩,闪蒸,水蒸气

第一章绪论量的 43%[1]。对于有机朗肯循环发电，由于循环工质的低沸于中低温地热流体发电[2-5]。且有机朗肯发电循环在中低定性好、热效率高。通过优化有机工质的蒸发温度可以实总发电量最大化。但是当热源干度较高时，不利于 ORC且 ORC 系统相对于水蒸气闪蒸发电系统，其结构复杂。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM616

【参考文献】