基于有机工质的非聚焦太阳能喷射式冷热电联供系统集成及特性研究

本项目以节能减排为目的，针对高聚焦比太阳能集热器投资成本高、工艺复杂等缺点，利用低沸点有机工质在低温热源利用中的优势，在研究非聚焦太阳能聚能-蓄能-用能之间相互匹配关系和有机工质优选机制的基础上，提出与传统方法不同的基于有机工质的非聚焦太阳能喷射式冷热电联供系统一体化集成原理，给用户同时提供电能、冷能和热能，并且可以实现电负荷、冷负荷和热负荷的协调控制。阐明关键热力学特性参数对系统性能影响机理，揭示系统内部的能量传递与不可逆损失的形成和分布规律，建立全工况、高效、经济、环保的多目标耦合的系统协同优化评价方法，研究非聚焦太阳能喷射式冷热电联供系统的协调控制策略和安全保护机制，揭示在气候变化和负荷变化条件下系统的变工况特性规律和动态特性规律。项目的实施对于完善太阳能低温高效利用和多功能能量输出理论具有重要科学意义和价值，也为试验系统的研究和示范工程的建设奠定科学理论基础，具有广阔的应用前景。

冷热电联供系统是一种高效能量转化系统，与太阳能热利用结合起来，对提高能源利用效率、改善能源消费结构、减小环境污染具有重要的科学意义。.本项目针对非聚焦型集热器投资成本最低、经济性好，技术成熟而且应用广泛的特点，利用低沸点有机工质在低温热源利用中能源梯级利用原则，引入蓄热机制，将有机朗肯循环和喷射式制冷循环进行了集成，构建了一种基于有机工质的太阳能喷射式冷热电联供系统，实现了太阳能聚能-蓄能-用能之间的合理匹配。.建立了太阳能喷射式冷热电联供系统数学模型，从热力学性能和经济性能两方面给出系统的评价指标。通过建立了系统热力学仿真分析平台，阐明了系统在三种运行模式，即发电模式、冷电模式和热电模式下系统关键热力参数（包括透平进口温度、透平进口压力、冷凝端差和蒸发生器节点温差）对系统热经济性能的影响机理，揭示系统内部的能量传递与不可逆损失的形成和分布规律。.建立了太阳能喷射式冷热电联供系统全工况、高效、经济、环保的多目标耦合系统协同优化评价方法，采用遗传算法对系统三种运行模式分别进行单目标技术经济性优化，采用非支配排序遗传算法，以系统㶲效率和总换热面积为目标函数对系统进行多目标优化，得出系统最佳热经济性能及对应的最佳热力参数组合，为系统的优化设计提供依据。.建立了太阳能喷射式冷热电联供系统的变工况数学模型，给出了变工况特性评价指标，研究了系统在气候变化和负荷变化条件下系统的变工况特性规律，得出蓄热水箱温度、出水流量变化时，系统热力学性能的变化规律，为系统在不同工况下安全稳定运行提供了保障。.建立了太阳能喷射式冷热电联供系统发电模式下的动态仿真模型和调速控制系统模型，研究系统的协调控制策略和安全保护机制。基于Matlab/Simulink模块对系统进行了动态仿真，分析了系统输入热量变化和系统负荷扰动时，系统发电模式的动态响应特性和电网稳定性，对不同程度甩负荷状况下的系统OPC控制系统进行了研究，完善了安全保护机制。.建立了太阳能喷射式冷热电联供系统发电模式试验平台。试验结果表明系统能够连续稳定的产生电能输出，证明了太阳能喷射式冷热电联供系统发电模式的可行性。