基于正逆有机朗肯耦合循环的分布式冷热电联供系统机理研究

Combined cooling heating and power system (CCHP) in the integration of energy storage technology is a hot spot in the utilization of renewable energy. For the limitations of the present energy storage technology, such as geographical condition dependent and environmental pollution, combining the feature of organic Rankine cycle and phase change heat storage technologies, an novel CCHP using coupled positive and reverse organic Rankine cycles is proposed including cold and heat storage, and CCHP in this project. The feature of this novel system is as followings: low working pressure, steady operation, big energy density. Through the investigations on the key working mechanism and experiment test for this system, the transition and transmission mechanism of energy and quality will be obtained. The optimization design theory for this system will be disclosed. Finally, the thermodynamic design principle of the system will be built. This project presents a novel technology with certain significant characteristics for the development and use of renewable energy and improvement of energy utilization.

基于储能技术的分布式冷热电联产系统已经成为可再生能源领域的研究热点。为解决规模化储能技术地理条件依赖性、环境污染等局限性，本项目结合有机朗肯循环和相变蓄热技术的优势，提出一种基于正逆有机朗肯耦合循环的分布式冷热电联供系统，涵盖冷热复合储存和冷热电联供为一体，具有工作压力低、运行稳定、相变储能密度大等优势。本项目围绕正逆有机朗肯耦合循环的关键机理这一科学问题开展理论和实验研究，深入阐明该系统的耦合能质转换、传输机理，建立新型系统的热力学优化设计理论，构建一种高效的新型冷热电联供系统。本项目将为我国大力发展和利用可再生能源、提高能源利用率提供具有自主知识产权的新型技术，具有重要的学术研究价值和现实意义。

基于储能技术的分布式冷热电联产系统已经成为可再生能源领域的研究热点，本项目提出一种基于正逆有机朗肯耦合循环的分布式冷热电联供系统。围绕正逆有机朗肯耦合循环的关键热力学过程，项目组开展了以下几个主要研究内容：1）针对定冷凝蒸发温度型逆有机朗肯（热泵），建立了一个以临界温度和临界压力为变量的容积制热量VHC和制热COP的简单预测模型，并验证了模型的可靠性。2）构建了逆有机朗肯循环系统（储热水型直热式热泵）热力学循环，阐明了系统直热式储热的高效工作机理。根据工质沸点筛选出适用于混合工质回热式大温跨热泵的大沸点差混合工质，并研究了工质换热热当量匹配与系统效率关系，㶲分析表明系统效率主要受高、低压侧工质间的回热热当量匹配影响。通过分析高效系统中工质的相变特性，确定了二元混合工质组分配比原则，提出了以组分配比原则及高压工质露点温度为依据的系统主动设计方法。3）构建了正逆向有机朗肯循环冷热电热力学循环，结合MATLAB和Aspen HYSYS的遗传算法(GA)工具箱，将R134a、R1234yf、R1234ze(E)和R152a作为工作流体，对该系统进行热力学优化。选择了三个目标函数：往返效率(RTE)、能量密度和总㶲效率(TEE)。结果表明，R1234yf和R152a的最佳RTE为0.70，能量密度为8.61 kW/m3。使用R152a和R1234ze(E)得到TEE的最大值为0.77。对比结果表明，该系统具有3 MPa以下低工作压力和稳定工作条件的明显优势。4）研制了用于一套直热式储热热泵样机，以二元混合物为循环工质开展了系统整机运行机理实验研究，验证了储热系统优异的性能和良好的运行工况。该系统采用常规制冷空调领域的货架产品，结构简单、成本低。