【摘 要】
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面对当前日益严重的环境污染和能源紧缺等问题,我国仍需不断优化能源产业结构,提升清洁能源在一次能源消费中的比重,并积极开发利用可再生能源。液化天然气（LNG,liquefied natural gas）在再气化过程中会释放大量可利用的冷能,同时我国还蕴含着丰富的地热能。在我国“双碳”目标的时代背景下,研究LNG冷能与地热能的利用具有深远的社会和战略意义。本文通过理论分析和数值模拟的手段,构建了四种L
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面对当前日益严重的环境污染和能源紧缺等问题,我国仍需不断优化能源产业结构,提升清洁能源在一次能源消费中的比重,并积极开发利用可再生能源。液化天然气（LNG,liquefied natural gas）在再气化过程中会释放大量可利用的冷能,同时我国还蕴含着丰富的地热能。在我国“双碳”目标的时代背景下,研究LNG冷能与地热能的利用具有深远的社会和战略意义。本文通过理论分析和数值模拟的手段,构建了四种LNG冷能与地热能驱动的多级联合动力循环发电系统,并对所提出系统开展了深入研究。主要的研究内容及结论如下:在分析评价了常见LNG冷能和地热能发电系统的基础上,构建了四种新型的LNG冷能与地热能驱动的多级联合动力循环发电系统,并利用HYSYS软件对各系统进行了流程模拟,模拟结果显示,各系统在给定的基础工况下表现出良好的热力学和经济性能。对LNG工质的物理性质、冷能释放情况、冷（火用）释放情况以及气化特性进行了分析,并通过工质筛选确定了R601和R600作为系统的有机工质。通过参数分析发现,地热水蒸发压力、LNG气化压力、天然气外输压力和有机工质气化压力对各系统的热力学及经济性能影响较大。建立了各系统的（火用）分析模型,对各系统设备的（火用）损比率以及成本率进行了计算,同时评估了各系统的（火用）环境性能,结果表明,换热器和透平膨胀机分别是所占（火用）损比例和成本比例最大的设备,此外还发现,环境温度越低,各系统的环境适应性越好。使用遗传算法对各系统分别进行单目标和多目标优化,单目标优化结果显示,GSF-TSORC的热效率可达34.8%,为四个系统中最高,而GSF-TPORC的（火用）效率最高,达52.61%,GSFC的总成本率保持最低,为0.326M$·year-1。多目标优化结果显示,GSF-TPORC在净发电量、输送天然气流量、热效率及（火用）效率方面均优于其他三个系统,而GSF-ORC在经济性能方面较优,其LCOE为0.028$·k Wh-1,是四个系统中的最低值。本研究成果对LNG冷能和地热能循环发电系统的模型设计和参数设置以及工程应用中的高效运行均具有重要的理论和实际意义。
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