固體氧化物燃料電池-燃氣輪機-有機朗肯循環(huán)三重復合動力系統流程模擬與性能優(yōu)化.pdf

1、中國是世界最大的能源消費國，占全球消費總量的23％，但能源綜合利用效率普遍較低。據統計，美國的能源效率高達60％，歐洲超過60％，其它發(fā)達國家的平均水平為50％，而中國僅為33％。另一方面，中國單位GDP的能耗是世界平均水平的3.2倍，其中50％以上的工業(yè)能耗以熱能的形式耗散，溫度在350℃以下的低品位余熱在工業(yè)過程中普遍存在。如何實現能源系統向清潔、低碳、高效的方向轉型成為中國當前面臨的最大問題之一。
　　近年來，隨著集中式供能

2、弊端的逐漸顯露，以燃料電池、有機朗肯循環(huán)、熱電聯產為代表的一系列新興分布式能源技術逐漸成為國內外關注的焦點。其中，固體氧化物燃料電池-燃氣輪機(SOFC-GT)混合動力循環(huán)因其高效、清潔、燃料多樣、發(fā)電規(guī)模靈活等特點備受親睞。而有機朗肯循環(huán)(ORC)作為回收低品位熱能的一種重要方式，也在工業(yè)余熱發(fā)電及太陽能、地熱、生物質能等低溫發(fā)電領域得到了廣泛應用。將SOFC-GT混合發(fā)電與ORC進行耦合形成一體化的SOFC-GT-ORC三重復合動力

3、系統，通過系統集成和流程改進實現能量的綜合梯級轉換與高效清潔利用，與常規(guī)發(fā)電技術相比具有效率高、排放低、發(fā)電規(guī)模靈活、適合聯產聯供等諸多優(yōu)勢。
　　SOFC-GT-ORC是一個多控制變量的復雜能量轉化系統，由多個具有不同技術特性的子系統和單元設備耦合而成，系統的結構、部件的參數設置、部件之間的相互耦合以及整體循環(huán)的一體化控制與調節(jié)都需要進行詳細的研究和設計。本論文以此為背景，對SOFC-GT-ORC三重復合動力循環(huán)進行一體化的系統

4、集成分析。依托gPROMS模擬仿真平臺，對SOFC-GT與ORC的耦合方案及系統構形設計進行研究，并通過詳細的流程模擬開展全工況的仿真計算與性能分析，透徹了解系統的運行機理，分析各種參量對系統性能的影響，研究其關鍵的工程特性，并由此探討其最優(yōu)設計和運行方案。主要內容及安排如下:
　　第一章對工業(yè)余熱利用技術和有機朗肯循環(huán)的研究背景及發(fā)展現狀進行介紹。
　　第二章對燃料電池與燃氣輪機耦合而成的SOFC-GT混合系統進行分析與討

5、論。
　　第三章對有機朗肯循環(huán)進行數學建模，并對亞臨界與超臨界兩種工況下有機朗肯循環(huán)的系統性能進行分析與對比。
　　第四章結合gPROMS過程模擬軟件對SOFC-GT-ORC三重復合動力循環(huán)進行構型設計。
　　第五章基于gPROMS一體化模型對SOFC-GT-ORC的性能特性進行研究，分析關鍵參數對系統電效率、輸出功率等的影響，并進行參數優(yōu)化分析。
　　第六章研究系統的余熱回收方式，對不同系統構型下SOFC-GT

6、-ORC的性能參數進行分析和對比。
　　第七章對適用于有機朗肯循環(huán)的不同類別余熱回收換熱工質進行討論和對比分析。
　　第八章概括全文的主要結論和存在的不足，對下一步研究提出設想與展望。
　　本文完成了對SOFC-GT與超臨界ORC的耦合方案設計及系統性能優(yōu)化的研究，提出了幾種新型的SOFC-GT-ORC系統構形，獲得的一些新結果揭示了耦合系統的一般性能特性，給出了一些關鍵工作參數的優(yōu)化判據，可為SOFC-GT-ORC及