[发明专利]高温热泵和低温发电模拟选型的计算方法

说明书

本发明提供一种高温热泵和低温发电模拟选型的计算方法，步骤：（1）确定循环的热力参数，确定工质的蒸发温度和冷凝温度；（2）循环最佳蒸发温度和最佳冷却水温升根据单位质量的热流体净输出的最大电功来确定；（3）取热水流量为1 kg/s，温度为80～150℃，环境温度为20℃，蒸发器、冷凝器最小传热温差为5℃，蒸发器效率为0.98；（4）预取冷却水温升为5℃，则冷凝温度为30℃；工质和热流体温度对最佳蒸发温度的影响对于湿流体R134a，热流体在80～120℃范围内时，循环存在最佳蒸发温度;当热流体温度高于120℃时，不存在最佳蒸发温度；（5）可得出发电系统净输出电功。有益效果：具有算法简单，通用性好，测量参数少，可以快速计算等诸多优点。

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其是高温热泵和低温发电模拟选型的计算方法。

背景技术

低温热能种类繁多，包括各种工业余热，以及太阳热能、地热能等可再生能源，总量巨大，近年来很多学者对中低温热能发电做了大量研究。其中，工业余热和地热能中，含有大量的中低温热水资源。中低温发电技术较早、较成熟的应用是在地热能领域，一般认为温度高于150℃的为高温地热流体，90 ～ 150℃的为中温地热流体，低于90℃的为低温地热流体。中低温热源通常采用有机朗肯循环或称双工质循环发电系统，它采用低沸点有机工质，充分利用较低温度的热源实现朗肯循环发电。

发明内容

本发明提供一种高温热泵和低温发电模拟选型的计算方法。

技术方案：高温热泵和低温发电模拟选型的计算方法，步骤：

（1）在已知热源温度和流量的情况下，确定循环的热力参数，确定工质的蒸发温度和冷凝温度；

（2）在循环中，蒸发温度决定了系统循环工质的流量以及在涡轮机中的焓降，净输出功存在一个最大值，对应一个最佳蒸发温度，循环最佳蒸发温度和最佳冷却水温升根据单位质量的热流体净输出的最大电功来确定；

（3）取热水流量为1 kg /s，温度为80 ～ 150℃，环境温度为20℃，蒸发器、冷凝器最小传热温差为5℃，蒸发器效率为0. 98，涡轮机效率、机械效率、发电机效率、循环泵效率、电动机效率分别为0．78、0．98、0．92、0．6、0．88，热流体泵的效率、扬程及对应的发电机效率分别为0．7、20 m、0．88，冷却水泵的效率、扬程及对应的发电机效率分别为0．75、20 m、0．88；

（4）预取冷却水温升为5℃，则冷凝温度为30℃；工质和热流体温度对最佳蒸发温度的影响对于湿流体R134a，热流体在80 ～ 120℃范围内时，循环存在最佳蒸发温度; 当热流体温度高于120℃时，不存在最佳蒸发温度；

（5）在确定了循环工质以及最佳蒸发温度和最佳凝结温度以后，可得出ORC 发电系统净输出电功：

W净max = m( wT － wP) － w＇P － m″w″P) ( 1)

wT = ( h1 － h2s) ηTηMηG( 2)

wP = v3( p4 － p3) /( ηPηEM) ( 3)

w'P = gH' /( η'Pη'EM) ( 4)

w″P = gH″ /( η″Pη″EM) ( 5)

m = c'pm( t'1 － t1opt － δt') ηV /r ( 6)

m″ = m［h1 － ( h1 － h2s) ηT － h3］/( c″pmΔt″opt) ( 7)

Q = m( h1 － h3 － wP) /ηV( 8)

η = W净max /Q ( 9)。