【摘 要】
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我国地热资源丰富、分布广泛,开展地热能发电是调整能源结构、落实碳中和目标的重要方向。我国中低温地热资源（＜150℃）占比达70%以上,有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）是主要发电技术之一。纯工质亚临界ORC应用最为广泛,但其热效率仍较低（＜12%）。非共沸工质与热/冷源换热流体间具有良好的温度匹配特性,极具应用潜力。本文针对非共沸工质ORC,开展了亚临界和超临界循环
【基金项目】
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国家自然科学基金（批准号:51506223;51736005）；
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我国地热资源丰富、分布广泛,开展地热能发电是调整能源结构、落实碳中和目标的重要方向。我国中低温地热资源（＜150℃）占比达70%以上,有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）是主要发电技术之一。纯工质亚临界ORC应用最为广泛,但其热效率仍较低（＜12%）。非共沸工质与热/冷源换热流体间具有良好的温度匹配特性,极具应用潜力。本文针对非共沸工质ORC,开展了亚临界和超临界循环工质与热/冷源流体的温度匹配特性的研究,优化了蒸发和冷凝参数,探讨了过冷度对循环性能的影响,基于工质热物性,探讨了热力循环的选择,开展了非共沸工质综合性能的评价。构建了非共沸工质ORC热力学模型,优化了冷凝和蒸发压力,研究了过冷度对ORC冷凝参数及系统性能的影响。过冷度增加,异丁烷/异戊烷的冷凝压力提高,净输出功下降,且冷凝滑移温度越大的工质,其净输出功的降幅越大。过冷度2℃时,采用内回热,异丁烷/异戊烷（0.4/0.6）蒸发器和冷凝器的（火用）损失可分别降低17.61%和20.61%,净输出功可提高0.22%。基于R1234yf/R236ea工质的热物性,构建了亚临界饱和、亚临界过热、超临界ORC的热力学模型,以净输出功为目标函数优化了R1234yf/R236ea的蒸发参数,探讨了工质与地热流体的温度匹配特性,研究了内回热对循环热力性能的影响。地热水温度为110℃、130℃、150℃,R1234yf摩尔分数分别高于0.7、0.5、0.3时,工质的饱和循环受拐点压力限制,换热温差大,过热循环的温度匹配性更好。工质临界温度较低时,超临界循环比过热循环的温度匹配性更好,地热水温度150℃时,R1234yf/R236ea（0.9/0.1）蒸发过程（火用）效率可相对提高23.9%,系统净输出功可相对提高9.2%。临界温度较低的工质,过热循环和超临界循环采用内回热对净输出功的提升作用较大,R1234yf/R236ea（0.9/0.1）采用内回热后,过热循环和超临界循环的系统（火用）效率可分别提高17.5%和5.9%。构建了非共沸工质ORC的经济性和碳足迹分析模型,分析了异丁烷/异戊烷（0.9/0.1）、R1234yf/R236ea（0.1/0.9）和四种纯组元的热力、经济、环保性能,基于成对比较法评估了八个性能指标的权重,运用层次分析法确定了地热源ORC系统的综合性能指标,结果表明异丁烷/异戊烷（0.9/0.1）的综合性能最佳。
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