[發明專利]一種超臨界二氧化碳發電系統循環參數設計方法

在審

• 申請號: 202110409650.1
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113297807A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 李新宇;林志民;秦政;劉惠民;董克用;杜柯江;王鋒;虞翔宇
• 申請（專利權）人: 上海齊耀動力技術有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;F01K25/10;F01K7/32;F01D15/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 林曉青

本申請提供了一種超臨界二氧化碳發電系統循環參數設計方法：將循環最高設計壓力Pmax、循環最高設計溫度Tmax設為取值上限PH、TH，設備性能取最高值；計算循環最低壓力取值下限PL對應的擬臨界溫度Tcr；然后將循環最低設計壓力Pmin暫設為PL，并根據已設定的數據計算循環最低設計溫度Tmin分別為Tcr+0.5℃和Tcr?0.5℃時的系統循環性能η1和η2；若η1≥η2，則取Pmin＝PL、max(Tcr,TL)≤Tmin≤max(Tcr+3℃,TL)；若η1η2，則取Tmin＝TL、Pmin＝Pcr±160kPa，其中Pcr為Tmin對應的擬臨界壓力。本方法簡單易用、計算量小。

技術領域

本申請涉及超臨界二氧化碳發電技術領域，尤其涉及一種超臨界二氧化碳發電系統循環參數設計方法。

背景技術

超臨界二氧化碳發電技術是以超臨界二氧化碳為工質的閉式布雷頓循環技術，同傳統的蒸汽朗肯循環等相比，具有效率高、體積小、適應熱源范圍廣等優點，是一種在核能發電、太陽能發電、地熱發電、化石燃料發電、廢熱利用和船舶動力等領域極具潛力的新興動力發電技術。

超臨界二氧化碳發電系統一般最少包括一套同軸或分軸布置的壓縮機和渦輪機、一臺回熱器、一臺冷卻器。超臨界二氧化碳工質在壓縮機內升壓并經回熱器提高溫度后進入熱源吸熱，吸熱后高溫高壓的工質進入渦輪做功，經回熱器和冷卻器回收剩余熱量后返回壓縮機入口，形成閉式循環。

超臨界二氧化碳發電系統循環參數設計是開展系統設計的基礎，主要內容為確定對發電系統性能具有重要影響的參數，如循環最高壓力、循環最高溫度、循環最低壓力、循環最低溫度等。在現有技術中，通常采用枚舉法計算所有參數組合下的系統性能進而確定最優循環參數組合；部分現有技術采用遺傳算法等優化算法確定循環最優參數。

例如，在文獻“王兵兵，喬加飛.再壓縮式超臨界二氧化碳布雷頓循環的特性研究[J].動力工程學報，2018，38(9):763-767,772.”中，王兵兵等利用Matlab研究主壓縮機入口溫度和壓力、透平入口溫度和壓力、設備效率等系統參數對循環效率的影響，并對循環的最佳工況點進行了尋優計算。公布號為CN109508851A的發明專利申請中，對循環中的多個變量在各個運行工況下采用遺傳算法，以系統熱電轉換效率最大為目標進行優化，獲得循環的最優性能。

但是這些方法用于系統循環參數計算時存在計算工作量大、實施難度高等問題。而且對于只包括一臺壓縮機的簡單循環和大多數應用場景，考慮過多的因素對循環參數的優化結果并沒有太大的幫助。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本申請提供了一種可以簡單快速地確定簡單循環系統最優循環參數、設計精度滿足大多數應用場景的超臨界二氧化碳發電系統循環參數的設計方法，用于確定循環最高壓力設計值Pmax、循環最高溫度設計值Tmax、循環最低壓力設計值Pmin、循環最低溫度設計值Tmin；包括步驟：

S10.確定循環最高壓力上限PH、循環最低壓力下限PL、循環最高溫度上限TH、循環最低溫度下限TL、設備性能上限；

S20.將Pmax設為PH、Tmax設為TH、設備性能設計值設為所述設備性能上限；

S30.計算PL對應的工質擬臨界溫度Tcr；

S40.將Pmin暫設為PL，根據已設定的數據計算Tmin分別為Tcr+T1和Tcr-T1時的系統循環性能η1和η2，其中T1為Tmin與Tcr的偏離值；

S50.若η1≥η2，則取Pmin＝PL，Tmin的取值范圍為：

max(Tcr+T2,TL)≤Tmin≤max(Tcr+T3,TL)，其中T2為Tmin的設計裕度下限值，T3為Tmin的設計裕度上限值；

若η1η2，則取Tmin＝TL，Pmin的取值范圍為：