海洋温差发电有机朗肯循环工质选择
有机朗肯循环低温余热发电系统的工质选择
有机朗肯循环低温余热发电系统的工质选择作者：李鹏来源：《中国科技博览》2013年第16期摘要：有机朗肯循环发电系统对于中低温余热的有效利用发挥了巨大的作用，但是有机朗肯循环系统的工质选择依旧是中低温余热利用中存在的问题。
文章提出优选工质的条件，并通过对十种低沸点有机工质的性能对比分析得出R141b 最适宜作为此温度的余热回收工质，综合性能高于其他工质，对于有机朗肯循环添加回热会大大提高系统效率。
关键词：有机朗肯循环余热工质选择中图分类号：TM617随着经济发展，世界正面临着能源紧张的严重问题，国内外一方面集中研究可再生的替代能源，如土海水温差能，壤温差能，生物质能，太阳能，一方面研究对现有的低品位热能的的利用，如工业余热，生活污水废热。
而在整个有机朗肯循环系统中，有机工质的选择和运行情况对于有机朗肯循环系统的性能将具有重要影响。
在现今科技条件下，针对不同的热源情况，以系统效率为目标，综合考虑环保要求，寻找适宜的有机工质是当前该领域研究的重点所在。
而本文则试图在综合考量的基础上对有机工质的选择提出一些路径思考。
一、有机朗肯循环的理想工质的特征有机朗肯循环发电系统与传统中的低温余热发电系统的根本区别在于采用有机工质，所以工质特性将主导整个发电系统的结构及效率。
而使用有机工质的主要优势可以归纳为：第一，有机工质的沸点比较低，很容易产生高压蒸汽；第二，有机工质的冷凝压力接近或者稍微大于大气压，工质发生泄露的危险很小，也不需要复杂的真空系统；第三，有机工质凝固点很低，在较低温度中也可以释放出能量；第四，有机工质基本都是等熵工质或干流体，不用经过热处理即可，不会发生有水滴在高速情况下对透平机械的叶片造成冲击损害，也不会腐蚀透平机械。
而理想的有机朗肯循环工质在实现环保的基础上，在不同的热源情况下都可以极大的提高系统效率。
其应该具备如下的特点：第一，有机朗肯循环中所对应的饱和压力不能过高，因为过高的压力很容易出现机械承压问题，进而增加不必要的设备维修保养费用；第二，临界的温度应该高于有机朗肯循环中的最高温度，以避免跨界循环可能带来的诸多问题，因为温度较高的热源相应便会要求高临界温度的有机工质；第三，有机朗肯循环中的最低饱和压力最好能应尽量保持正压，避免最低饱和压力过低问题的发生，以防止外界空气的渗入而影响有机朗肯循环的性能；第四，有机工质无毒、不爆炸、不易燃且与设备材料和润滑油具有良好的兼容性；第五，有机工质对环境友好，不损害环境；第六，价格便宜而且容易获得；第七，有机工质拥有较小的比热容、低粘度和表面张力，较低的临界温度和压力，高热传导率，高汽化潜热，热稳定好。
海洋温差能
混合式(1)系统 混合式(1)系统 (1)
混合式(2)系统 混合式(2)系统 (2)
9提升式循环ຫໍສະໝຸດ Kalina 提升式循环和Kalina循环 Kalina循环
提升式循环采用多微孔( 提升式循环采用多微孔(约0.1 微米孔径)组成的雾化器， 微米孔径)组成的雾化器，用海洋 温水作热源， 温水作热源，一小部分水在雾化 器中被蒸发，大部分水成雾状。 器中被蒸发，大部分水成雾状。 于是， 于是，汽液两相流在底部和顶部 的压差下由提升管慢慢被提升到 顶部的冷凝器， 顶部的冷凝器，再由深海的冷水 进行喷淋冷却， 进行喷淋冷却，被冷却的水以其 势能推动水轮机旋转， 势能推动水轮机旋转，带动发电 机发电. 机发电. Kalina 循环采用的工质是氨水混合 氨水混合物通过蒸发器， 物。氨水混合物通过蒸发器，一部分变 为蒸汽， 为蒸汽，蒸汽通过气液分离器之后再进 入汽轮机做工; 入汽轮机做工;从气液分离器中分离出 来的液态氨水，在回热器内放热， 来的液态氨水，在回热器内放热，预热 将要进入蒸发器内的氨水工质， 将要进入蒸发器内的氨水工质，然后进 入冷凝器， 入冷凝器，和从汽轮机出来的氨水工质 一起被深层海水冷却。 一起被深层海水冷却。冷却的工质再次 被泵打入预热器， 被泵打入预热器，然后进入蒸发器进行 下一次循环。 下一次循环。
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技术分布
国外 分部
日本:日本在海水温差能研究开发方面 日本 日本在海水温差能研究开发方面 投资力度很大， 投资力度很大，并在海洋热能发电系统和换 热器技术方面领先于美国。 热器技术方面领先于美国。迄今日本共建造 座海水温差试验电站， 了3座海水温差试验电站，均为岸基式。 座海水温差试验电站 均为岸基式。 1980年6月，日本在瑙鲁共和国开始建 年 月 造一座100kW闭式循环温差电站，并于 闭式循环温差电站， 造一座 闭式循环温差电站 并于1981 月开始发电试验。 年10月开始发电试验。1981年8月，九洲电 月开始发电试验 年 月 力公司等又在鹿儿岛县的德之岛开始研建 50kW的试验电站，并于 的试验电站， 的试验电站 并于1982年9月开始发电 年 月开始发电 试验并运行到1994年8月为止。此外，佐贺 月为止。 试验并运行到 年 月为止 此外， 大学还于1985年建造了一座 年建造了一座75kW的实验室 大学还于 年建造了一座 的实验室 装置，并得到35kW的净功率。 的净功率。 装置，并得到 的净功率
有机朗肯循环发电
有机朗肯循环发电有机朗肯循环发电是一种利用有机工质进行发电的循环过程。
它是一种环保、高效的发电方式，可以有效地利用能源资源，减少对环境的污染。
在这个循环过程中，有机工质在高温下蒸发，驱动涡轮机转动，从而产生电能。
有机朗肯循环发电的基本原理是利用有机工质的特性来实现能量转换。
有机工质通常是一种具有较低沸点和较高饱和蒸汽压的液体，比如丁烷、异丁烷等。
在循环中，有机工质首先被加热到高温状态，使其蒸发成为高温高压的蒸汽。
然后，蒸汽通过涡轮机驱动涡轮旋转，产生机械能。
最后，机械能通过发电机转化为电能。
整个过程中，有机工质会冷却下来，重新变为液体状态，并重新进入循环，完成再次发电的准备。
有机朗肯循环发电的优势在于其高效性和环保性。
由于有机工质具有较低的沸点和较高的饱和蒸汽压，所以在循环过程中可以充分利用热能，提高能量的利用率。
同时，由于有机工质是可再生的，所以可以循环使用，减少能源的消耗和环境的污染。
相比传统的燃煤发电和核能发电，有机朗肯循环发电可以减少二氧化碳和其他有害气体的排放，对环境的影响更小。
有机朗肯循环发电的应用领域主要是在小型和中型发电站。
由于有机工质的特性限制，该技术在大型发电站中的应用受到一定的限制。
然而，在一些偏远地区和岛屿地区，由于电力供应的困难，有机朗肯循环发电可以成为一种可行的选择。
此外，由于有机朗肯循环发电对环境的影响较小，因此在一些环保倡导者中也受到了广泛关注和推崇。
虽然有机朗肯循环发电具有很多优势，但也存在一些挑战和问题。
首先，有机工质的选择和性能对发电效果有着重要的影响，需要针对不同的应用场景进行优化。
其次，有机朗肯循环发电的成本相对较高，需要进一步降低成本才能提高竞争力。
此外，该技术的安全性和稳定性也需要进一步加强，以确保发电过程的可靠性和安全性。
总的来说，有机朗肯循环发电是一种环保、高效的发电方式，具有广阔的应用前景。
随着技术的不断发展和完善，相信有机朗肯循环发电将成为未来能源领域的重要组成部分。
低温有机朗肯循环工质性能分析
低温有机朗肯循环工质性能分析张秀芬;姜未汀;吕涵【摘要】根据对有机朗肯循环工质的选取原则,选出7种工质作为备选工质,建立了有机朗肯循环的热力学模型,并基于热力学第一定律和第二定律对其热力过程进行了计算分析,分别对7种工质的蒸发压力、单位工质净功量、不可逆损失、热效率、(火用)效率进行对比,结果表明,在给定的热源范围内,R141b各项性能最佳,R1233zd其次,而R1234yf和R1234ze表现较差.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)005【总页数】6页(P471-476)【关键词】余热利用;有机朗肯循环;有机工质;循环效率;(火用)效率【作者】张秀芬;姜未汀;吕涵【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090【正文语种】中文随着我国经济的高速发展，节能越来越受到重视.我国能源利用效率总体依然较低，目前世界各国都非常重视能源的高效利用，一些发达国家的能源利用率达到50%以上，美国的能源利用率已经超过60%，而我国只有30%左右.[1]导致能源利用率不高的一个重要原因就是大量的余热资源在工业生产中被浪费，没有得到充分利用.从我国的能源消耗结构来看，工业能耗占能源消耗总量的70%左右，而工业能耗的60% ～65%都转化为载体不同、温度不同的余热.[2]余热资源按照其载体温度的不同，通常可以分为高温、中温和低温3类，分别为高温余热(500℃以上)、中温余热(200 ～500 ℃)、低温余热(200 ℃ 以下).[3]从余热发电方面考虑，有机朗肯循环(Organic Rankin Cycle，ORC)发电技术具有操作简便，灵活性好，安全性高，维修保养简单等优点，是回收余热的一种有效方式.因此，研究利用低温余热有机朗肯循环发电技术对我国的能源利用和发展具有重要的现实意义.1 有机朗肯循环及其原理1.1 有机朗肯循环有机朗肯循环系统与传统朗肯循环一样，由蒸发器(Evaporator)、膨胀机(expander)、冷凝器(Condenser)和工质泵(Pump)4部分构成.不同的是，有机朗肯循环采用的是低沸点有机工质，如R141b和R245fa等，利用余热加热有机工质，使工质蒸发，产生较高压力的蒸气推动汽轮机做功，带动发电机发电.图1为中低温余热发电有机朗肯循环系统流程图.有机工质在预热器和蒸发器中被余热流加热成透平入口状态点1的饱和或过热蒸气，加热后蒸气进入膨胀机做功，膨胀机被有机蒸气冲转，带动发电机发电，做功后的排气2进入冷凝器中，与冷却介质(通常冷却介质为冷却水或冷却空气)交换热量凝结为液体6，冷凝后的工质通过加压泵加压到状态点8，再次通过预热器和蒸发器加热到状态点1，进入膨胀机做功，至此一个循环过程结束.图1 有机朗肯循环系统流程1.2 有机工质的选择在每一个有机朗肯循环系统设计之前，循环工质的理论研究与选择都是第一步，这一方面的研究颇多.由于热物性的不同，不同的有机工质在相同的有机朗肯循环系统中有着不同的性能，因此针对不同热源参数特点，优选出适应的发电系统形式及合适工质，为有机朗肯循环发电系统设计和应用提供科学依据，是保证其有效应用的前提和关键.探索适宜的有机工质是目前有机朗肯循环研究领域的研究热点之一.[4]低温余热有机朗肯循环工质的选择一般应从以下几个方面考虑:(1)环保性能要好;(2)要保证化学稳定性;(3)工质的安全性要高;(4)工质的临界参数、标准沸点及凝固温度要符合要求;(5)工质的流动和换热性能，应选用对流换热系数较高、黏度低的有机工质;(6)工质的临界温度要根据不同的要求选择;(7)最高温度所对应的饱和温度不宜过高，最低温度所对应的饱和温度也不宜过低;(8)循环工质应该尽量廉价、容易购买.目前，国内外学者在物性研究以及工质优选方面做了大量工作.顾伟等人[5]针对温度低于100℃的热源，分别采用 R21，R123，R245fa在有机朗肯循环系统中进行了工质性能的比较，研究结果表明，R245fa在运行条件下表现最佳.WANG J L 等人[6]分别对以纯净物和非共沸混合物为工质的低温太阳能有机朗肯循环进行了实验研究和比较分析.HUNG T C等人[7]为了使有机朗肯循环的效率较高，对11种工质各方面的特性进行了比较，以寻找适合的工质.WANG E H[8]对9种不同的工质的物理化学性质进行比较，发现R11，R141b，R113的热力学性能较好，而R245fa和R245ca的环保性能最佳.综上所述，完全符合上述条件的工质很难找到，因此应当根据实际情况综合考量，选取物性参数较为合适的工质.本文研究的是100～150℃的热源范围，选出R141b，R245fa，R245ca，R236ea以及新型制冷剂 R1234ze，R1234yf，R1233zd作为备选工质.7种工质的物性参数如表1所示.表1 备选工质的物性参数注:ODP—评价工质对臭氧破坏能力的臭氧层衰减指数(Ozone Depletion Potential);GWP—工质温室效应危害程度的温室效应指数(Global Warming Potential).临界温度标况沸点工质ODP GWP℃临界压力/MPa R141b 204.35 32.05 4.212 0.086 700 R245fa 154.01 15.14 3.651 0 820 R245ca 174.42 25.13 3.925 0 720 R1234ze 109.37 -18.95 3.636 0 4 R236ea 139.29 6.19 3.500 0 710 R1234yf 95.00 -29.40 3.400 0 1 R1233zd 165.60 18.32 3.571 0低2 有机朗肯循环热力过程分析及计算循环工况的设定是在很大程度上决定了有机朗肯循环的性能，为了便于对7种备选循环工质进行分析和比较，应设定相同的循环工况，从而确定最佳循环工质.为了便于分析和计算，可作如下前提假设:(1)循环系统处于稳定工况下;(2)忽略系统管路以及蒸发器、冷凝器、循环泵的压降;(3)系统和外界的热量交换忽略不计;(4)汽轮机和工质泵等熵效率为定值;(5)冷凝器出口的工质为饱和液体;(6)忽略工质和管壁的轴向导热.因此，理想有机朗肯循环工质T-S(湿-焓)图如图2所示，其在膨胀机中的膨胀为等熵膨胀，低压液态有机工质(点1)经过泵增压后(点2)进入蒸发器吸收热量转变为高温高压蒸气(点3);之后，高温高压有机工质蒸气推动膨胀机做功，产生能量输出;膨胀机出口的低压过热蒸气(点4)进入冷凝器，向低温热源放热而被冷凝为液态，如此循环往复.有机朗肯循环热力过程中的计算公式如下.(1)工质泵的等熵压缩过程(点1至点2)，泵消耗的功为:不可逆损失为:式中:Wp，ideal——泵的理想耗功，kJ;T0——环境温度，K;m——工质质量流量，kg/s;h2s——工质泵出口处的理论焓值，kJ/kg;h1，h2——工质泵入口和出口处实际的焓值，kJ/kg;s1，s2——工质泵入口和出口处的工质熵值，kJ/(kg·K);ηp——泵的等熵效率.图2 理想有机朗肯循环T-S示意(2)蒸发器吸热过程(点2至点3)，蒸发器吸热量为:不可逆损失为:式中:TH——高温热源平均温度;ΔQ——工质的吸热量，kJ/kg;s3——膨胀机入口处的工质熵值，kJ/(kg·K);h3——膨胀机入口处实际的工质焓值，kJ/kg;E1，E2——工质泵入口和出口处的火用值，kJ/kg; Ein——进入系统的热量，kJ/kg.(3)蒸气在膨胀中等熵膨胀过程(点3至点4)，膨胀机的输出功为: 不可逆损失为:式中:Wt，ideal——膨胀机的理论输出功，kJ;h4，h4s——膨胀机出口处实际和理论的工质焓值，kJ/kg;ηt——膨胀机的等熵效率s4——膨胀机出口处的工质熵值，kJ/(kg·K);E3，E4——膨胀机入口和出口处的火用值，kJ/kg.(4)冷凝器的定压冷却过程(点4至点1)，工质释放的热量为:不可逆损失为:式中:T L——低温热源平均温度.3 热力性能计算结果及分析3.1 基于热力学第一定律的分析3.1.1 蒸发温度和蒸发压力有机朗肯循环操作条件如表2所示.表2 有机朗肯循环操作条件环境温度T0冷凝器出口工质温度Tn蒸发器传热温差TH冷凝器传热温差TL℃20 30 5 10环境压力P/MPa透平等熵效率ηt 泵等熵效率ηp%0.101 3 80 90为了得出工质特性随蒸发压力变化的趋势，在0.1～3.0 MPa 之间每隔 0.5 MPa 选取一个状态点，分别为 0.1 MPa，0.5 MPa，1.0 MPa，1.5 MPa，2.0 MPa，2.5 MPa，3.0 MPa，利用 REFPROP 软件进行热物性的计算，7种工质饱和压力和温度的关系如图3所示.由图3可以看出，随着蒸发温度的升高，工质的蒸发压力也逐渐升高.单从压力和温度的角度看，在相同的压力下，工质的饱和温度越低，可回收的余热温度将越低.7种工质中，R141b在0.1～3 MPa的条件下对应的饱和温度最高，R1234ze和R1234yf对应的饱和温度最低，说明R141b适用于较高的热源温度，接下来依次是 R245ca，R245fa，R236ea.在相同的蒸发温度下，蒸发压力从大到小依次是:R1234yf，R1234ze，R236ea，R245fa，R1233zd，R245ca，R141b.较高的蒸发压力将带来设备的承压问题，同时增加泵功的消耗，降低系统的经济性;若压力太小，系统可能出现外界空气漏入，影响系统的密封性，因此需要在实际中综合考量.图3 工质饱和压力和温度关系3.1.2 单位工质净功量单位工质净功量wnet是单位工质膨胀输出功wt和泵消耗功wp的差值，是评价工质做功能力的重要指标.其计算公式如下:7种工质在70～120℃的蒸发温度范围内，单位工质净功量的变化如图4所示.图4 蒸发温度和单位工质净功量的关系泵进出口工质的焓值和温度变化很小，计算中可以忽略不计.[9]由图4可以看出，随着蒸发温度的升高，系统的单位工质净功量逐渐增加，因为蒸发温度的提高，汽轮机进口工质焓提高，焓降增大.在相同的蒸发温度下，R141b的单位工质净功量最高，R245fa和R1233zd非常接近，R1234yf最低.观察工质R1234ze和R1234yf发现，工质R1234ze在接近100℃时，工质R1234yf在蒸发温度大于90℃时，两者的单位工质净功量增速随温度升高而放缓，这是因为 R1234ze的临界温度为109.37℃，R1234yf的临界温度为94.70℃，在接近临界温度时，工质的热物性发生变化，当蒸发温度为95℃时，R1234ze进口焓值为427.93 kJ/kg，当蒸发温度为100℃时，进口焓值为425.95 kJ/kg，呈现下降的趋势.由此可见，当蒸发温度越接近工质临界温度时，汽轮机由于进口焓的降低，从而使得净功增量减少，因此在进行循环工质的选择时，应当使临界温度高于循环中的最高温度. 3.1.3 热效率热效率是基于热力学第一定律的一项对系统性能的重要评价指标，其计算公式为:式中:q——蒸发器的单位吸热量.工质蒸发温度和热效率的关系如图5所示.图5 蒸发温度和热效率的关系由图5可以看出，热效率随着蒸发温度的升高而逐渐增大，虽然随着蒸发温度升高，工质的吸热量增加，但同时汽轮机焓降也在增加，净功量增加，且吸热量增幅小于净功量的增幅.同样的蒸发温度下，工质的热效率差距不大，R141b的热效率最高.在蒸发温度为70℃时，R141b的热效率最高，为8.54%，R236ea的热效率最低，为 8.14%，热效率相差 0.4%;当蒸发温度为120℃时，R141b的热效率最高，为15.28%，R236ea的热效率最低，为13.76%，相差1.52%.因此，随着蒸发温度的不断升高，热效率的差距也逐渐拉大.3.2 基于热力学第二定律的分析3.2.1 热力学第二定律效率由热力学第二定律可知，能量既有“量”多少的问题，还有“质”高低的问题.能量的品质高低是用其转换成有用功的能力来衡量的，以之作为评价标准，可以衡量出各种形态能量的优劣.能量的转换能力不仅与环境条件有关，还与转换过程的不可逆程度有关.在给定的条件下，采用理论上最大可能的转换能力作为量度能量品味高低的尺度，这种尺度称之为“”，即完全能够转化为有用功的那部分能量，与之相对应的则是无论如何也无法转变为有用功的那部分能量，称之为:“”分析方法以火用平衡方程为基础，可以定量分析热力系统的完善程度，确定朗肯循环各部分的不可逆损失程度，从而为提高热力系统各部分的完善程度和以及热力设备的优化提供了依据.系统的不可逆损失为:蒸发温度和系统不可逆损失的关系如图6所示.图6 蒸发温度和系统不可逆损失的关系由图6可以看出，工质的不可逆损失随着蒸发温度的升高逐渐增大.为了得到系统各部分的火用损，选取 R1234yf作为研究对象，以蒸发温度70℃和75℃为例，分别计算蒸发器、膨胀机、冷凝器和泵的不可逆损失，结果如表3所示.表3 R1234yf不可逆损失随蒸发温度变化蒸发温度/℃不可逆损失蒸发器Ie 透平It 冷凝器Ic 泵Ip 总损失kW 70 6.23 3.04 2.51 0.15 11.93 75 7.34 3.01 2.38 0.15 12.73由表3可以看出，蒸发器部分的损失最大，透平和冷凝器的损失较为接近，泵的不可逆损失较低，几乎可以忽略.因此，对热力设备完善程度进行优化时，应主要对蒸发器、透平、冷凝器3部分进行考虑.且随着温度的提升，蒸发器部分的不可逆损失增加较大，冷凝器部分的不可逆损失有所降低，但降低的幅度小于蒸发器增加的幅度，所以总不可逆损失逐渐增大.3.2.2 效率系统火用效率的表达式为:7种工质的火用效率变化趋势如图7所示.图7 蒸发温度和系统火用效率的关系由图7可知，7种工质中 R1234ze的火用效率最低，R141b最高，并且随着蒸发温度的升高，呈现出先升后降的趋势.这是因为温度升高，汽轮机焓降增大导致输出功增加，但质量流量减少又导致输出功降低，当前者大于后者时，则火用效率增加，反之则火用效率降低.4 结论(1)工质R141b在7种备选工质中具有最高的单位工质净功量、热效率和火用效率，是7种工质中的最佳工质.(2)新型工质R1234yf在研究的温度范围内，净功量、热效率、火用效率最低，不适合用来作为有机朗肯循环的工质.参考文献:【相关文献】[1]朱伟，霍小刚.邯钢西区低品质热源回收利用的关键技术研究与开发[J].金属世界，2013(4):59-60.[2]王华.低温余热发电有机朗肯循环技术[M].北京:科学出版社，2010:1-12.[3]赵钦新，王宇峰，王学斌，等.我国余热利用现状与技术进展[J].工业锅炉，2009(5):8-15.[4]邓立生，黄宏宇，何兆红，等.有机朗肯循环的研究进展[J].新能源进展，2014(3):180-189.[5]顾伟，翁一武，王艳杰，等.低温热能有机物发电系统热力分析[J].太阳能学报，2008，29(5):608-612.[6]WANG J L，ZHAO L，WANG X D.A comparative study of pure and azeotropic mixturesin low-temperature solar Rankine cycle[J].Applied Energy，2010，87(11):3 366-3 373.[7]HUNG T C.Waste heat recovery of organic Rankine cycle using dry fluids[J]. 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海水温差发电原理
海水温差发电原理海水温差源于地球的自然热能。
由于地球不同地区的水温存在差异，而且水温变化较为稳定，因此可以利用这种温差来进行发电。
而海洋温差发电是一种清洁可再生能源，具有潜在的巨大发展潜力。
首先，将冷水从深海中抽取出来，通过管道输送到压力容器中。
深海水的水温一般都比较低，通常低于10摄氏度。
接下来，将热能源依次引入蒸发器和压力容器。
热能源可以是太阳能、地热能、核能等。
通过加热作用，使得压力容器中的冷水蒸发形成高温高压蒸汽。
蒸汽进入涡轮发电机，使得涡轮旋转。
涡轮连接着发电机，因此涡轮的旋转会带动发电机旋转，进而产生电能。
发电完成后，蒸汽进入冷凝器，通过冷却作用将蒸汽冷却成液态水。
冷凝后的水再次回到蒸发器，循环往复，实现了工质的循环。
海水温差发电的关键在于利用温差推动热机工作。
工质的特性决定了发电机的性能。
常见的工质有有机物质（例如氨）和无机物质（例如铵盐）。
这些工质在低温下处于液态，而在高温下则处于气态。
气态和液态之间的相变产生的压力差可以推动热机工作，从而产生电能。
海水温差发电技术具有很多优点。
首先，海水温差资源广泛。
相比其他可再生能源，比如太阳能和风能，海水温差发电具有更为稳定和可靠的特点。
其次，海水温差发电是一种低温差能源利用技术，不会对环境产生污染。
再次，海水温差发电可以提供持续的电力供应，有助于岛屿等地区解决能源困境。
最后，海水温差发电可以通过技术提升和成本降低来实现商业化应用。
然而，海水温差发电也存在一些挑战。
首先，技术实施难度较大，需要克服温差资源分布不均、系统稳定性和效率等问题。
其次，目前尚未实现大规模商业化应用，主要原因是其建设成本较高。
此外，海水温差发电对生态环境会有一定的影响，需要进行相应的环境评估和管理措施。
综上所述，海水温差发电利用海水的温度差异，通过热机工作产生电能的技术。
它是一种清洁可再生能源，具有潜在的巨大发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的降低，海水温差发电有望成为未来能源供应的重要组成部分。
温差发电利用
温差发电利用
温差发电是指利用海水的温差进行发电。
海洋不同水层之间的温差很大，一般表层水温度比深层或底层水高得多。
发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动交流电机发电；用过的蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。
据估算，海洋温差一年约能发电15×108=15亿千瓦。
原理：
温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵．通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。
低温热能发电的研究现状和发展趋势
低温热能发电的研究现状和发展趋势摘要：我们各国拥有丰富、温暖和节能的资源，对空间和能源的开发非常宝贵。
低热量被广泛使用，在太阳能和工业能源生产中起着重要作用。
本文研究了低温发电的现状和未来趋势，为低温发电研究提供了行业参考。
关键词：低温热能；低品位能源；热力发电；环保工质低温热能是一种可再生能源，提供了回收的好处。
根据一项调查，中国每年排放大量二氧化硫，主要是低质量的。
低温热能加剧了能源短缺。
高效利用低温是符合我国能源战略的重要措施，也是社会各界应注意和重视的节能减排重要工具。
到目前为止，循环系统早就准备好降低我国的热量了。
这项系统技术是在19世纪初开发的，现已近200年。
它是一种回收工质用于复杂回收过程的系统。
这些系统通常用于回收，并且在实践中易于快速使用。
因此，它们被用于许多工业制造企业。
1.概述低温热能是相对较低的热量。
总温度低于200℃。
有各种各样的可再生能源，包括太阳能、工业热能、地热能源和海洋温度变化。
数目庞大，关于工业废热，统计数据表明，50%的人直接将低温热能作为低质量废物的热量散发。
使用和回收这部分能源不仅有助于解决各国的能源问题，而且有助于减少能源生产过程中的污染。
节节能技术主要基于朗肯循环热发电系统，如有机物朗肯循环、水蒸气扩容、Kalina、氨吸收循环等。
有机朗肯循环有机物工质(或混合材料)使用不同的有机工质在不同温度下回收热量。
水蒸气扩容循环主要用于地热发电。
karina氨结合合成氨的回收利用是一种新型的合集循环。
70年代石油危机中，开始了一项关于低温利用的国家和国际研究。
有机物朗肯循环最常面临生物重复的研究和应用结构。
早在1924年就开始研究二苯醚作为工业物质的循环。
到目前为止，全球已部署了2000多ORC装置，共有14000 kW半兽发电机组人。
低温热能发电的研究主要研究工质的热特性和环境特性。
混合工质的应用优化冷却循环等。
二、系统描述能量转换系统以理想的朗肯循环为基础，利用有机工质低沸点的物理特性，利用膨胀机、发电机将低温热能转换为高质量机械能量。
海洋温差发电
海洋温差发电报告海洋是世界上最大的太阳能接收器,6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能,相当于2500亿桶石油所含的热量.吸收太阳热能的海洋表面温度较高, 大海里蕴藏着巨大的热能，而一定深度海水温度较低.海洋温差发电是利用海洋表面和海洋深处的温度差来发电的新技术。
据估计只要把南北纬20度以内的热带海洋充分利用起来发电，水温降低1℃放出的热量就有600亿千瓦发电容量，全世界人口按60亿计算，每人也能分得10千瓦，前景是十分诱人的。
自1979年8月在美国夏威夷建成世界上第一座温差发电装置以后，世界各国都对海洋温差发电给予足够的重视，这是一种巨大的能源,同时又是一种有利于环保清洁可再生的新能源，因此，如果能够充分利用这一技术，则能有效缓解能源问题。
一海洋温差发电原理海水随著深度愈深，温度愈低。
根据调查，南太平洋的海水温度在水面是摄氏三十度，水面下一百公尺处是二十三度，二百公尺处急降为十四度，五百公尺处就低到七度而已。
也就是利用这种温度差转为能量的。
它的基本原理是利用太阳辐射的热量进入海面以下1米处，就有60％～68％被海水吸收掉了，而几米以下的热量已所剩无几了，即使海面上有波浪搅动，水温有所调节，但水深200米处，几乎没有热量传到。
海洋温差发电就是将海洋表面的温水引进真空锅炉，这时因压力突然大幅度下降，温度不高的温水也立即变成蒸汽。
例如，在压力为0.031兆帕时，24℃的水也会沸腾。
利用这种温度不高的蒸汽可以推动汽轮发电机发电，然后用深层的冷海水冷凝乏气，继续使用。
从理论上说，冷、热水的温差在16.6℃即可发电，但实际应用中一般都在20℃以上。
凡南北纬度在20度以内的热带海洋都适合温差发电。
例如，我国西沙群岛海域，在5月份测得水深30米以内的水温为30℃，而1000米深处便只有5℃，完全适合温差发电。
二海洋温差发电的发电系统1．开式循环系统开式循环系统如图所示。
表层温海水在闪蒸蒸发器中由于闪蒸而产生蒸汽，蒸汽进人汽轮机做功后再流人凝汽器。
海水温差能利用的潜力和发展趋势
海水温差能利用的潜力和发展趋势海水温差是指海洋表面温度与海洋深层温度的差异。
这个差异产生的原因是由于太阳辐射导致的海洋表层温度升高，而深层海水温度保持相对稳定。
利用海水温差进行能源开发是一种可持续、清洁且具有巨大潜力的技术，被广泛关注和研究。
本文将探讨海水温差能利用的潜力以及未来的发展趋势。
首先，海水温差能源的利用潜力非常巨大。
据统计，全球海水温差能源资源储量远远超过全球能源消耗量的10倍。
海洋覆盖了地球表面的70%，其中绝大部分海域的温差差异较大，被视为巨大的能源潜力。
利用海水温差产生能源的方法有很多，例如海洋温差发电、海水淡化等。
这些技术不仅可以满足人们日益增长的能源需求，还可以减少化石燃料的使用，从而减少温室气体的排放，对应对气候变化具有积极的影响。
其次，海水温差能源具有良好的可持续性和环保性。
与传统能源相比，海水温差能源具有多个优势。
首先，海水温差能源的再生能力非常强。
由于温差是由太阳能引起的，而太阳能是一种可再生的资源，因此海水温差能源可以被持续地利用。
其次，海洋热能的开发不会产生任何污染物排放，对环境造成的影响非常小。
这与传统能源开采和利用过程中产生的大量污染物排放相比，具有明显的优势。
随着科技的不断进步和创新，海水温差能源的开发和利用正呈现出良好的发展趋势。
在海洋温差发电领域，研究人员正不断改进设备和技术，提高能源转化效率。
目前，利用海水温差发电的主要技术有有机朗肯循环和热电发电技术。
有机朗肯循环利用温差产生压力差，驱动涡轮发电机进行电能转化，而热电发电技术则是通过温差引起的热电效应来产生电能。
这些技术的不断突破和创新有望进一步提高能源转化效率和经济效益。
此外，海水温差能源的开发还面临一些挑战和限制。
首先，海水温差能源的开发成本相对较高。
当前，海水温差能源技术的开发和建设需要巨额投资，且回收期较长。
这对于投资者来说可能是一个障碍。
其次，海洋环境的复杂性也给海水温差能源的开发带来挑战。
有机朗肯循环效率低的原因
有机朗肯循环效率低的原因一、热效率本身就低大家都知道，热效率和循环系统的设计息息相关。
对于有机朗肯循环（ORC）来说，它的热效率本来就比传统的蒸汽轮机低一些。
朗肯循环的原理其实就跟我们小时候玩的“蒸汽小车”差不多，蒸汽产生动力，推动机械运转。
可问题来了，蒸汽机对高温高压要求比较高，效率也因此可以拉得比较高。
但有机朗肯循环呢，它是用有机工质代替水蒸气，通常选择一些沸点比较低的液体，比如四氟化碳、丁烷这种东西。
虽说这些有机溶液在低温下也能产生蒸汽，推动发电机运转，但它们的热效率就不如蒸汽那样高效。
毕竟“量变引起质变”的事儿，虽然气温不高，热量也能转化，但效率还是大打折扣。
简单来说，就是因为其工作温度比较低，整体热效率上不去。
二、热源的温差不够别急，咱们往下看。
咱说到热源的温差，大家可能觉得这是一个天马行空的高大上词汇，其实呢，简单说就是热源和冷源之间的温差得足够大，才能让热量充分转化成动力。
如果热源和冷源的温差太小，热量就不容易被有效地“搬走”，转化成有用的机械能。
举个例子：你家里的空调如果外面温度和空调内部温差不够大，制冷效果是不是就差了点？有机朗肯循环也是这个道理。
它需要一个高温热源和一个低温冷源。
如果这两个源的温差很小，那就像是油火烤蚂蚁，根本烧不热，啥都做不了。
所以嘛，有机朗肯循环的效率低，和热源的温差不够有很大关系。
你总不能期待一块冰块就能让锅里翻腾的水滚沸吧。
三、工质特性限制再说到工质的选择问题。
相信大家都有过这样的经验，挑选衣服得根据天气来选择，夏天你肯定穿得清凉些，冬天就要多加几层对吧？同理，有机朗肯循环的“工质”也得根据环境温度来选。
可问题是，这些有机工质的性能并不是一直都那么完美。
它们虽然可以在低温环境下顺利蒸发，但要是遇到高温，反而容易分解或者变质，甚至有些工质会因为高温作用导致化学反应变化，影响整个系统的稳定性。
而且这些工质的比热容、蒸发热等性能指标本身就没有蒸汽那么好。
所以，咱们说到有机朗肯循环的效率低，跟这些工质的特性也是脱不开干系的。
基于ASPEN PLUS利用海洋温差能发电的模拟与优化
基于ASPEN PLUS利用海洋温差能发电的模拟与优化作者：仇汝臣范宁刘新新来源：《当代化工》2015年第09期摘要：海洋是世界上最大的太阳能收集器，世界各国都致力于海洋能的开发与利用，其中海洋能的热电转换备受关注。
选取正丁烷作为有机朗肯循环的工质，利用ASPEN PLUS所建立的流程模型对海洋温差发电（OTEC）进行了模拟与优化。
得到了正丁烷的最佳蒸发温度和最佳凝结温度。
并对各级发电量和所需换热面积进行了详细的比较和分析，得到了最佳的朗肯循环级数，对温差能发电系统的工况选取及优化具有指导意义。
关键词：海洋温差能；正丁烷；ASPEN PLUS；朗肯循环；级数中图分类号：P743.4 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）09-2232-03Abstract： Ocean is the largest solar collector in the world， all countries in the world dedicated to the development and utilization of ocean energy， and thermoelectric conversion of ocean energy has drawn more attention. In this paper， N-butane was selected as working fluid of organic Rankine cycle. By using process models established based on ASPEN PLUS， Ocean Thermal Energy Conversion （OTEC） was simulated and optimized， the best evaporation temperature and condensation temperature were obtained. After detailed comparison and analysis of the generating capacity at all levels and the required heat transfer area， the best Rankine cycle progression was obtained， which has good guidance meaning to the operating condition selection and optimization of temperature difference energy power system.Key words： ocean thermal energy； n-butane； ASPEN PLUS； Rankine cycle； stage传统能源的全球拥有量急剧减少，环境污染问题不断突出，因此，可再生能源成为现今改变人类能源结构、维持长远发展的重要依托。
有机朗肯循环的研究进展_邓立生
第2卷 第3期 新 能 源 迚 展Vol. 2 No. 32014年6月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGYJun. 2014* 收稿日期：2013-12-26 修订日期：2014-05-18基金项目：中国科学院外籍青年科学家计划（2013Y1GA0008） † 通信作者：黄宏宇，E-mail ：huanghy@文章编号：2095-560X （2014）03-0180-10有机朗肯循环的研究进展*邓立生1，黄宏宇1†，何兆红1，窪田光宏1,2，袁浩然1，呼和涛力1，小林敬幸1,2（1. 中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640；2. 日本名古屋大学，名古屋 4648603）摘 要：有机朗肯循环是一种被认为能有效利用低温热能的技术。
科研工作者在不同斱面（包括工质、膨胀机、换热器的影响、系统的优化）对有机朗肯循环系统效率的影响迚行了大量的研究。
本文针对不同热源的工质筛选、膨胀机的特点、系统循环优化以及换热器的影响斱面迚行了讨论和总结，为有机朗肯循环系统的实际应用提供参考。
关键词：有机朗肯循环；工质；膨胀机；换热器；效率中图分类号：TK11+5 文献标志码：A doi ：10.3969/j.issn.2095-560X.2014.03.003Research Progress on Organic Rankine CycleDENG Li-sheng 1, HUANG Hong-yu 1, HE Zhao-hong 1, KUBOTA Mitsuhiro 1,2,YUAN Hao-ran 1, HUHE Tao-li 1, KOBAYASHI Noriyuki 1,2(1. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640, China; 2. Nagoya University, Nagoya 4648603, Japan)Abstract: Organic Rankine Cycle (ORC) is considered as a promising technology for effective utilization of low-temperature energy. Large number of studies on the ORC system (including the working fluid, the expander, the heat exchanger, and optimization of system) have been carried out by the researchers. In this study, the working fluids selection for different type heat sources, characteristics of expanders, heat exchanger influences and system design optimization are discussed and summarized to provide some references for the utilization of the ORC system. Key words: Organic Rankine Cycle (ORC); working fluid; expander; heat exchanger; efficiency0 前 言随着经济的持续发展，能源需求不断增长，世界各国的能源消耗急剧增加，而能源消耗的来源主要是依靠石油、煤炭等不可再生资源。
工质种类对OTEC系统性能的影响
１ ＯＥ Ｔ Ｃ系 统 模 型
１ １ 循 环 系统分 析 ．
海 洋温 差发 电的主 要方 式有 三 种 ： 闭式循 环 系统 、 开式 循 环 系统 及 混合 式 循 环 。三 种循 环 系统 中 ， 技术 上 以闭式 循 环方 案最 接 近商 业 化应 用 ， 因此 本 文 以闭式 Ｏ Ｅ Ｔ Ｃ系统为 研究 对 象 。系统 工 作 时 ， 过 通 蒸发 器 把所抽 人 的表 层 温海 水 的热 量传递 给 低 沸点 的工 质 ， 工质 从温 海水 吸 收热 量沸 腾变 为气 态工 质 ， 在汽 轮 机 中膨 胀 做功 ， 动 汽轮 机旋 转 ， 推 带动 发 电机 发 电 。气 态工 质 通 过 汽 轮机 后 进 人 冷凝 器 ， 冷 水 被 泵抽 上 的深层 冷 海水 冷却 后 重新 变 为液态 ， 由循 环 泵经 蒸 发 器 ， 新进 行 循 环 。其 系统 图 如 图 １所 示 ， 重 对应 的 ＴＳ图见 图 ２ — 。其 中 ：
工质泵 的耗功 为 ：
ＷＦ ＷＰ＝ｈ ４一ｈ ， ３
新蒸 汽从 热源 吸收 的热量 为 ：
ｑ １＝ｈ 】一ｈ ， ４ １ ２东北力大学学报 第３ Ｏ卷
２— ： ３ 汽轮机排 出的乏 汽在 冷凝 器 内等压冷凝 。
３ ４ 低温低压液体经泵绝热压缩 ， —： 压力升高后进人蒸发器。 ４一Ｉ工 质在蒸 发器 内定压 吸热成 为过 热蒸汽 。 ：
汽 轮 机
Ｔ
Ｓ
—＝ ＝＝ ■ 温 海 水
冷海 水
Ｅ Ｎ和 ＭｏＵ ｒ ¨ ｅ ｅ 对 Ｏ Ｅ Ｌ Ｔ Ｃ系统 的性 能进行 了研 究 ； ｗ ｎ Ｏ ｅ ｓＷＬ ｌ 闭 式 Ｏ Ｅ 对 Ｔ Ｃ系 统进 行 了优 化 分析 ；
有机朗肯循环系统中工质泵的运行性能
有机朗肯循环系统中工质泵的运行性能张红光;杨宇鑫;孟凡骁;赵蕊;田亚明;刘毅【摘要】为研究车用有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热回收系统中工质泵的性能及选型,在模拟车用ORC余热回收系统的工作环境下,设计并搭建了以R123作为工质的多级离心泵性能测试实验系统.通过控制多级离心泵转速(870～2900 r·min?1)、调节工质流量(0.20～5.00 m3·h?1),得到了多级离心泵特性曲线.通过分析变工况时多级离心泵关键参数间相互作用关系,及其对车用ORC 余热回收系统性能的影响情况,验证了多级离心泵应用于车用ORC余热回收系统的可行性,并确定了其最佳工况点参数.研究结果表明:变工况时,多级离心泵总效率为15.00％～65.70％.车用ORC余热回收系统的蒸发压力、热效率均随着多级离心泵转速的增加而增加.在高转速区,工质流量对系统蒸发压力和多级离心泵输入功率(多级离心泵消耗的电功率)的影响明显增大.随着系统蒸发温度的升高,工质泵实际输入功率占膨胀机输出功率的比例(back work ratio,BWR)最高可达0.45.当多级离心泵转速为2900 r·min?1时,车用ORC余热回收系统热效率最高可达10.50％.%To study the performance and selection of the working fluid pump in organic Rankine cycle (ORC) waste heat recovery system for vehicle engines, a test bench of a multistage centrifugal pump was constructed using R123 as working fluid in a condition of simulative ORC waste heat recovery system for vehicle engines. Experimental results of the multistage centrifugal pump under various operating conditions were obtained based on controlled working rotational speed (870—2900 r·min?1) and working fluid flow rate (0.20—5.00 m3·h?1). The interaction of the key pump parameters and their effect on the ORC performance wereanalyzed in this paper. In addition, the feasibility of the multistage centrifugal pump applied to the ORC waste heat recovery system for vehicle engines was verified and the optimal working point parameters were also determined. Results showed that the overall pump efficiency of multistage centrifugal pump was between 15.00％ and 65.70％. The outlet pressure,pump efficiency and ORC thermal efficiency increased with the increase of the rotating speed of the pump. The flow rate needed to be regulated as the frequency became increasingly high. The maximum thermal efficiencies of the ORC system corresponding to various working frequencies of the pump were observed. Furthermore, the practical back work ratio (BWR) can reach up to 0.45 with the increase of the evaporating temperature of the ORC system. And the thermal efficiency can reach up to 10.50％ when the rotating speed of multistage centrifugal pump was 2900 r·min?1. Pumping power should not be neglected for small-scale ORC applications, and pump efficiency assumptions should be dependent on experiments. Low pump efficiency affected the increase of the thermal efficiency and net power of the ORC system.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)009【总页数】7页(P3573-3579)【关键词】有机朗肯循环;热力学;泵;回收;变工况;运行性能【作者】张红光;杨宇鑫;孟凡骁;赵蕊;田亚明;刘毅【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京电动车辆协同创新中心,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京电动车辆协同创新中心,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京电动车辆协同创新中心,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124;北京电动车辆协同创新中心,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京电动车辆协同创新中心,北京 100124;大同北方天力增压技术有限公司,山西大同 037036【正文语种】中文【中图分类】TK11+5车用内燃机运行时，只有20%～30%（汽油机）或30%～45%（柴油机）的燃料燃烧总能量用于动力输出，其余能量被排气和冷却介质带走，造成能源浪费[1-3]。
海洋温差发电的研究现状与展望
能源是人类生存及经济发展所不可缺少的 ， 自从能源危机发生以来 ， 举世瞩 目于能源问题 。地球表 面积的 ７ ％是海洋 ， ０ 而海洋是巨大的能源库。太 阳注入地球表面的能量换算为 电功率约为 １ １ Ｗ， ３ ０ ｋ 其 中约 ２３用于加热海面表层海水 ， ／ 其与深水的温差超过 ２ ０℃ 以上¨２。理论上 ， ’ Ｊ 热水温差在 １． ６ ６℃
第 ３ 卷第 ２ ｌ 期
２１ ０ １年 ４月
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖｏ ． １． ． １ ３ Ｎｏ ２ Ａｐ ．， ０ １ ｒ ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ ｔｅ ｓ Ｄ ａ ｉ ｎｖｒｉ ｏ ｒ ａ Ｎ ｒｈ ａｔ ｉｎ ｉｅｓｙ Ｏｆ ｉ Ｕ ｔ
文章编号 ：０ ５— ９ ２ ２ １ ）２— ０ ２—０ １０ ２ ９ （０ １ ０ ０ ７ ６
海洋温差能的开发利用将对缓解当前能源短缺 、 淡水资源 日渐匾乏、 生态环境恶化的现状起着十分积极 的作用 。
２ 海 洋温 差 发 电发展 历 程
温差发电的构想早在 １８ ８０年法国人达松发 （８ １ １４ ） 已提 出 ， １５ ～ ９ ０ 就 到了 １２ ９９年他 的学生克劳
收稿 日期 ： １ ０ ２ １—０ ２—０ ６
工质特性对循环 的影 响进行分析 。由于低 品位 能的热 电转换 效率较低 ， 提高循环净效 率迫在 眉睫 ， 因此
论述 了提高海洋温差 发电动力循环净效率 的措施 ， 并对海洋温差发 电技术 的发展前景 进行 了展望。
关 键 词： 海洋温差发 电 ； 发展现状 ； 工质特性 ； 循环净 效率
用开放式循环（ ｐｎｃｃ ） 值得一提的是 ， ｏｅ ｙｌ （ ｅ 该循环 的一个 主要优点是可 以从中得到淡水 ） 。克劳德的
有机朗肯循环发电
有机朗肯循环发电介绍有机朗肯循环发电是一种热力发电系统，利用有机工质在不同温度下的相变过程来驱动发电机，达到能源转换的目的。
本文将对有机朗肯循环发电的原理、优势和应用进行全面的探讨。
有机朗肯循环发电的原理有机朗肯循环发电的原理基于克劳修斯-克拉佩龙方程，即功率输出与温度差之间的关系。
其基本工作原理如下：1.热量输入：通过燃烧燃料或其他方式产生高温热源，使之与有机工质进行热交换。
2.膨胀过程：有机工质在高温环境下膨胀，推动活塞或涡轮转动，产生功率输出。
3.冷却过程：有机工质在低温环境下冷却，重新变为液态，准备下一次循环。
有机朗肯循环发电的优势相比传统的汽轮机热力发电系统，有机朗肯循环发电具有以下优势：1.应用范围广：有机朗肯循环发电可以利用多种温度范围内的热能，无论是太阳能、工业余热还是地热能都可以有效利用。
2.高效率：有机朗肯循环发电的效率相对较高，尤其适用于低温热能的利用。
3.环保节能：有机工质在循环过程中不会引起污染物的排放，且能够有效回收热能，减少能源的浪费。
4.可靠性高：由于有机朗肯循环发电系统较为简单，且无磨损件，因此具有较高的可靠性和运行稳定性。
有机朗肯循环发电的应用有机朗肯循环发电的应用领域广泛，包括但不限于以下几个方面：太阳能发电太阳能是一种清洁可再生的能源，有机朗肯循环发电可以将太阳光转化为电能。
利用太阳能集热器将太阳光转化为热能，然后将热能输入到有机朗肯循环发电系统中，通过工质的相变过程产生功率输出。
工业余热利用许多工业生产过程中会产生大量的余热，有机朗肯循环发电可以对这些余热进行有效利用。
通过与工业余热进行热交换，将余热转化为电能，提高能源利用效率，同时减少对环境的负荷。
地热发电地热能是地球内部的热能，在地热区域可以利用有机朗肯循环发电进行发电。
通过地热能源的加热和沉降带动有机工质进行循环，在地热能的驱动下产生电能。
海洋能利用海洋能是指海洋中的能量，包括潮汐能、波浪能和海流能等。
环境温度对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响
文章 编号：１ ７—１ ６ ２ ０ ） ６０ ５ —３ ６ ３５９ （０ ６０ —０ ９０
环境温 度对余热驱动 的有机朗肯 循环 系统性能的影响
魏东红， 鲁雪生，陆 震 ， 顾建明
（ 上海交通大学 制冷与低温工程研究所 。 上海 ２０３） ０００
摘要； 研究了环境温度改变对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响． 在循环工质为 Ｈ Ｃ２５ａ１１１３３五 Ｆ －４ｆ（，，，，一 氟丙烷）环境温度为 ２ ℃时， ， ５ 系统输出功偏离额定工况达３ 以上． Ｏ 而在环境温度上升时， 由于循环的平均温度 与环境间的温差减小， 系统总不可逆煳损失减小． 研究结果表 明应根据各地的实际情况， 合理地选择额定工况点， 使系统始终工作在额定工况点周围， 有助于其有效、 稳定的工作．
我国虽然是个能源 大国， 但是能源 的人均 占有 量非常低 ， 且能源的利用率也不高． 随着经济的不断
发展 ， 能源的生产和消费 、 能源与环境之间的矛盾不
朗肯循环发电， 可以实现用低品位 能源（ 废热） 提供 高品位能源（ 电能）减轻电力负担 ， ， 提高总的发电效
ａ ｉｎ ｎ ．Ｉ ｓ ｓ ｏ ｙ ｔ ｅ ｉｖ ｓｉａ ｉｎ ｒ ｓ ｌ ｔ ａ ｈ ｏｎ ｆｒ ｔｄ ｃ ｎ ｉｉｎ ｈ ｕｄ ｓｌｃ ｅ ｍｂｅ ｔｏ ｅ ｔ ｗａ ｈ ｗｎ ｂ ｈ ｎ ｅ ｔ ｔｏ ｅ ｕ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ｐ ｉｔｏ ａ ｅ ｏ ｄ ｔ ｓｓ ｏ ｌ ｅｅ ｔｄ ｇ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｉｕ ｔｏ ｎ ｔ ｅｓ ｏ Ｏ ａ ｏ ｍａ ｅｔ ｅｓ ｓｅ ｏ ｅ ａ ｅａ ｏ ｎ ｈ ａ ｅ ｅ ｓ ｎ ｂ ｙ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｃ ｕ ｌｓｔ ａ ｉｎ ｏ ｈ ｐ ｔＳ ｓｔ ｋ ｈ ｙ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｕ ｄ ｔ ｅｒ ｔ ｄ
浅谈利用中低品位热源的有机朗肯循环发电技术
浅谈利用中低品位热源的有机朗肯循环发电技术刘易霖;吴钦木;陈湘萍【摘要】中低品位热源数量多、范围广,若采用有机朗肯循环技术回收利用该部分能量用以发电,不但能缓解能源危机,还可减轻因为余热所引起的环境污染,从而实现节能减排.为了给初步进入有机朗肯循环研究的人员提供一些相关的必要知识,本文在介绍有机朗肯循环的技术原理和应用领域之后,列举了数位学者对其在有机工质、设备优选和系统改进等方面的研究.有机朗肯循环发电技术广阔的发展前景引发了大量学者的探索,但在实际的推广应用方面,还有许多的现实问题需要克服.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】5页(P12-15,46)【关键词】有机朗肯循环;中低品位热源回收;有机工质;系统优化;节能【作者】刘易霖;吴钦木;陈湘萍【作者单位】贵州大学,贵州贵阳550025;贵州大学,贵州贵阳550025;贵州大学,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TM617中国能源消费一直处于增长态势，1977年的5.7亿t标准煤上升到2013年能源消费总量的37.5亿t，迅速越居世界第一位[1]。
资源和环境在各项建设取得巨大成就的同时遭到了大量的破坏，所以迫切需要提高能源利用率、加强节能减排工作，应对现有的资源破坏和环境污染等问题。
在“十二五”期间资源环境问题得到改观之后，“十三五”再次强调指出“在改革环境治理基础制度的同时，要支持绿色清洁生产，推动建立绿色低碳循环发展产业体系”[2]。
基于这个背景，利用中低品位热源发电的有机朗肯循环技术的实际推广和应用将持续成为产学研各界的热点问题。
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)系统是以有机物为工质的朗肯循环，由蒸发器、透平膨胀机、冷凝器、工质泵等四个基本部件组成，其系统原理如图1所示。
低温低压液态工质经工质泵加压进入蒸发器，与中低品位热源换热变成高压过热蒸汽，接着进入透平膨胀机做功带动发电机发电，透平中释压所剩的低压过热乏气将进入冷凝器放热，使气态工质变成低温低压的液态完成一个工作周期，再由工质泵加压进入下一个循环[3-4]。
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图 1 开式海洋温差发电流程 Fig. 1 Flow chart for the open cycle OTEC system
图 2 闭式海洋温差发电流程 Fig. 2 Flow chart for the closed cycle OTEC system
图 3 混合式海洋温差发电流程
图 4 闭式海洋温差发电的 T- S
3) 化学稳定性, 有机流体在高温高压下会分解, 对设备材料产生腐蚀, 甚至容易爆炸和燃烧, 所以要根据
热源温度等条件来选择合适的工质。
4) 工质的临界参数及标准沸点, 因为冷凝温度受环境温度的限制, 能调节的范围有限, 工质的临界温度
不能太低, 要选择具有合适临界参数的工质。
5) 工质廉价、易购买。
2) 2)
B B
]
sr = s* -
s=-
5ar 5T
=
-
Rln( Z - B) + P B ln Z + ( 12 2RTB Z + ( 1+
2) B 2) B
hr = ar + TS r + RT( 1 - Z )
B=
5a 5T
=
-
01457 24R2Tck[ 1+ k( 1-
p
cT
01 r
5
T
海洋占据了约 70% 的地球表面积, 海洋中除了有大量的生物资源, 还蕴涵着大量的能量资源。热带海 洋表层海水将接受太阳辐射能大部分转化为热能, 形成温度在 24~ 29 e 的热水层, 而在海洋深处约 600 m 以 下的深层海水常年温度保持在 2~ 7 e , 由于海水的热容量极大, 在各种海洋能中温差能的储量最大, 全世界 海洋温差能的理论储量估计为 100 亿 kW[ 1] 。此外, 海洋温差能还具有可再生、昼夜无波动稳定和清洁无污 染等优点。海洋温差能的转换( OTEC) 被国际社会普遍认为是最具开发利用价值和潜力的海洋资源。早在 1881 年, 法国物理学家 Jacques Arsene dcArsonval 就提出了由海洋温差来获取能量的大胆设想; 1926 年由其学 生 Claude 实验证实了这一想法的可行性; 1930 年在古巴建造了第一座发电容量为 22 kW 的试验性 OTEC 发 电站[ 2] 。随着技术的不断进步, OTEC 系统不仅可用作发电, 还可进行海水淡化、海水产品养殖、制氢、锂回 收、利用发电后排放深海水的冷量进行空调降温等综合利用[3] 。随着以石油、煤炭为代表的石化燃料的日渐 枯竭和其对环境的影响, 50 MW 发电容量的浮动式 OTEC 发电站已被确认为极具潜在商业价值的新能源项 目[4] 。现在 OTEC 发电系统大多数都偏向于采用低沸点工质的有机朗肯循环系统, 循环工质的选择会极大
表 1 所选干流体工质的一些参数
Tab. 1 Some par ameter s of the selected fluids
干流体工质
TC/ K
pC/ kPa
ODP
GWP100
R21 8
245. 05
2 680
0
R227ea
374. 89
2 929
0
3 300
R236 fa
பைடு நூலகம்
398. 07
3 200
0
8 000
R6 00a
407. 85
3 640
0
R236ea
412. 44
3 502
0
R60 0
425. 16
3 796
0
R245 fa
427. 20
3 640
0
Neo2 C5H 12
433. 80
3 202
0
R6 01a
460. 40
3 384
0
R60 1
469. 60
3 374
0
n2 hexane
507. 40
2 969
0
3 热力循环的计算方法与结果
3. 1 热力参数的计算
以上候选工质都属于非极性的有机工质, 可用 PR 状态方程来计算其热力参数。根据文献[ 10] 可见, PR
状态方程具有足够的计算精度。
PR 状态方程:
p=
v
RT -
b
-
a(T) v( v + b) + b( v-
b)
a ( T ) = a ( Tc) a ( Tr, X)
Fig. 3 Flow chart for the hybrid OTEC system
Fig. 4 T2S diagram for the closed cycle OTEC system
在图 4 中, 点 1- 2 是工质在加压泵里等熵加压到加热器里的蒸发压力 P 2 的过程; 2- 3 是工质在热交换 器里被定压加热到透平进口状态的过程; 3- 4 是工质在透平里等熵膨胀到凝结压力 P 1, 并对外输出功量的 过程; 4- 1 是透平排汽在凝汽器里定压冷凝到饱和液体状态 1 的过程。
摘 要: 为了筛选出适宜于海洋温差热力发电有机朗肯 循环的工质, 采用 PR 状态方 程计算 11 种低沸 点有机流 体工质在闭 式
海洋温差有机朗肯循环中的热力性能。结果表明, 随着工质临界 温度升高, 循环热效率 总体呈上 升趋势。正丁 烷具有较高 的
循环热效率, 其蒸发压力较低、凝汽压力比较适中, 比较 适合用作海洋温差发电有机朗肯循环的工质。
图 5 三类流体工质的 T- S Fig. 5 T- S diagram of three kinds of fluids
态低很多, 因此需要有足够的传热温差及换热面积[6] 。一方面增加了换热器的投资; 另一方面增加了工质在
加热蒸发过程中的温差传热不可逆损失。因此选定干流体作为比较的候选工质。表 1 列出了满足以上工质 选择原则的主要干流体的临界温度 T C、临界压力 pC、臭氧破坏能力 ODP 及温室效应 GWP 参数值[8- 9] 。
1 20
海洋工程
第 27 卷
地影响有机朗肯循环的性能。
1 海水温差发电有机朗肯循环及其性能
海水温差发电大致可以分为三类[5] : 1) 如图 1 所示的开式系统; 2) 如图 2 所示的闭式系统; 3) 如图 3 所 示的混合式系统。当循环工质采用低沸点有机工质时, 闭式和混合式系统中的动力循环就是有机朗肯循环。 假定在工质加压泵及透平里均为等熵过程, 忽略管道及设备的对外散热损失与工质在管道及设备内的流动 阻力的情况下, 采用干流体工质[ 6] 的有机朗肯循环的 T- S 图( 见图 4 所示) 。
1) 工质的安全性( 包括毒性、易燃易爆性、对设备管道的腐蚀性等) , 为了防止操作不当等原因导致的工
质泄漏致使工作人员中毒, 应尽量选择毒性低的流体。
2) 环保性能, 很多有机工质都具有不同程度的大气臭氧破坏能力和温室效应, 要尽量选用没有破坏和温
室效应低的工质, 如 HFC 类、HC 类、FC 类碳氢化合物物或其卤代烃。
00
T T
C0pdT
( 4)
0
式( 3) 和( 4) 中 s( p , T ) 、h( p , T ) 分别为在 计算参考基准 状态( p0, T0) 理想气 体的比熵 与比焓值, 按照
00
00
ASHRAE 惯例, 其取值应满足在 T 0= 273. 15 K 时该工质对应的饱和液体的比熵与比焓分别为 1. 000 0kJ/ ( kg
关键词: 海洋温差发电; 有机朗肯循环; 热效率; 工质
中图分类号: P743. 4
文献标识码: A
Selection of working fluids for ocean thermal energy conversion power generation organic Rankine cycle
ln < = ( Z - 1) - ln( Z - B) - A ln Z + ( 1+ 2) B 2 2B Z + ( 1- 2) B
纯质的比自由能 a , 比焓 h, 比熵 s 均采用余函数方程计算:
ar = a* -
a = RT [ ln( Z -
B) -
2
A 2
B
ln
Z Z
+ +
( 1( 1+
循环热效率 Gth
wnet = h3 - h4 - ( h2 - h1)
( 1)
Gth =
wnet h3- h2
@100%
( 2)
式中: h 为各点的比焓值( kJ/ kg) 。
第 2期
王辉涛, 等: 海洋温差发电有机朗肯循环工质选择
1 21
2 有机朗肯循环工质的选择
动力循环工质的筛选应尽量满足如下要求:
01 5 r
)
]
由余函数的定义可得:
s = s* - sr, h = h * - hr
式中: 上标 * 表示在同等温度、压力下, 把流体看成理想气体对应的热力性质。
Q s* ( p , T ) = s(p0, T0) +
T T
C
0 p
dT T
-
0
R
ln
p p0
( 3)
Q h
* (p
,
T
)
=
h(p ,T ) +
工质按其在 T - S 图上饱和汽化线的斜率分为干 流体、等熵流体与湿流体三类[ 7] , 见图 5 所示。
因湿流体在透平中膨胀做功后可能处于含液滴的
湿蒸汽状态, 对透平叶片有冲蚀作用, 就要求进口工质 蒸汽具有一定的过热度, 在热交换器中必须设置足够 的过热面积。而工质在蒸汽状态的对流换热系数比液
#K) 和 200 kJ/ kg 的要求; C0p 为该工质的理想气体的定压比热容, 它只与温度有关, 随温度的升高而增大。一