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Haofei张,Lei,道,Zhida赵, ”(火用)分析的两种类型的太阳能热电联产系统在拉萨,西藏,中国”,国际期刊的Photoenergy, 卷。2018年, 文章的ID6702049, 11 页面, 2018年。 https://doi.org/10.1155/2018/6702049
(火用)分析的两种类型的太阳能热电联产系统在拉萨,西藏,中国
文摘
在这项研究中,两种类型的太阳能热电联产系统的(火用)分析包括太阳能集热器和有机郎肯循环(兽人)提出了系列模式和并行模式。三种太阳能收集器是:平板收集器(FPC),真空管集热器(等),和抛物槽收集器(PTC)。本研究主要比较了两种类型的太阳能热电联产系统的(火用)输出返回水加热不同温度下,不同进气温度的太阳能收集器。这项研究表明,从的角度来看或 ,并行模式优于系列模式。从的角度来看 ,并行模式优于系列模式FPC太阳能集热器时;然而,系列模式优于并行模式时,太阳能集热器是PTC(列车自动控制系统)。当太阳能集热器等,结果取决于返回水加热的温度。当返回加热水的温度低(低于46°C),该系列模式是更好的,当返回水加热的温度高(46°C以上),并行模式更好。
1。介绍
太阳能热水系统是太阳能应用,研究人员在这个领域中引起了极大关注。在拉萨,西藏,中国,被称为“阳光的城市”,许多建筑物使用太阳能热水系统在冬天取暖。然而,阳光很强,有时循环的水加热到沸腾,如图1。王等人。1]分析了当前太阳能加热系统的问题在拉萨,表示阳光照射是最常见的原因。
作为冷供应没有必要在拉萨在夏天,一个好的解决方案可能将强烈的太阳辐射转换成电能通过太阳能集热器和热发电厂在nonheating季节和地区的供暖季节。这不仅提高了太阳能热水系统的可靠性,还减少了当地化石燃料的消耗和对生态环境的影响。然而,太阳能集热器出口温度的加热系统是低热力发电基于兰金循环。有机郎肯循环(兽人)使高效发电单位从低品位热源取代水和有机液体工作,如制冷剂或碳氢化合物。因此,太阳能收集器和兽人可以形成nonheating季节太阳能热发电系统和太阳能热电联产系统在供暖季节。本文主要论述了太阳能热电联产系统由太阳能集热器和兽人。
很少有研究太阳能收集器集成与电力生产的兽人。王等人。2,3)提出和测试低温太阳能兽人系统利用R245fa作为工作流体。整体发电效率是4.2%真空管太阳能集热器时收藏家(等等),而当使用平板收集器(FPC) 3.2%。Al-Sulaiman et al。4- - - - - -6]研究了小说trigeneration系统使用抛物槽集热器(PTC)和一个兽人。太阳能模式的最大电效率为15%,太阳能和存储模式是7%,和存储模式是6.5%;最大electrical-exergy效率为7%,太阳能和存储模式是3.5%,和存储模式是3%。他等。7)建立了一个模型,一个典型的热发电系统与PTC和一个兽人在瞬态能量仿真包TRNSYS和发现戊烷最佳性能三个有机液体工作:R113,二氯和戊烷。裴et al。8,9)报道,整个电效率大约是8.6%当太阳辐照的750 W / m2被认为低温太阳能热发电系统的基于复合抛物面收藏家(CPC)和一个兽人。在不同的研究中,李et al。10)指出,最佳蒸发温度和相应的年度功率输出拉萨116°C和163.42千瓦时/ m2分别为低温太阳能热发电系统主要包括党和二氯的兽人。
它可以观察到从文学的主要形式的太阳能热电联产系统是串联模式,如图2。供热系统的供热源是兽人的冷凝热系统。然而,收藏家的效率随流体的入口温度,增加和兽人的效率系统随冷凝温度的增大而减小。因此,该系列模式可能不是最佳的形式。
本文提出了一种新型的太阳能热电联产系统,并行模式,如图3。太阳能热水系统和太阳能兽人发电系统并联连接。太阳能收集器的一部分运行在较低的温度下加热,和其他在高温下对电力生产运行。电磁阀VM规范收藏家的面积用于供热或发电。通过这种方式,收藏家的效率可以更高的太阳能热水系统。此外,太阳能兽人发电系统的冷凝温度较低,它提供了一个更高的发电效率。
然而,在并行模式下,大量的冷凝热量排放到环境中。因此,它不知道是否平行模式比系列模式更好的热力学性能。
本文主要分析和比较了两种类型的太阳能热电联产系统的热力学性质:系列模式和并行模式。
2。系统描述
数据2和3显示检查系统。图2显示了系列模式,而图3显示了并行模式。检查系统位于拉萨,西藏,中国。每个模式都是分为三个主要部分:太阳能集热器领域,兽人系统,加热系统。所有这些部件都是运营的同时,将太阳能转化为电能和热能。
太阳能集热器场由一系列的太阳能收集器(FPC等,或PTC(列车自动控制系统)。工作流体的压水留在液相在所有情况下,操作压力的5条。水仍在液相甚至当其温度达到150°C下这种压力(11]。获得一个有效的兽人,有机流体应该精心挑选。许多研究[12- - - - - -16]研究了兽人的选择系统。的一个典型的推荐使用有机流体类型操作R245fa兽人。因此,它被选中作为工作流体的兽人。
发电的两种模式是相似的,除了兽人系统的冷凝温度是不同的。有三个主要操作模式,由电磁阀控制版本6 V1 ~:(1)太阳能模式:V2, V5, pump-1;pump-2, V1, V3, V4, V6(2)太阳能和存储模式:V1、V2, V4, V5, pump-1,;V3, V6, pump-2(3)存储模式:V1、V2, V4, V5, pump-1,;V3, V6, pump-2
供暖系统的两种模式是不同的;系列的热源模式是兽人的冷凝热系统和并行模式的来源是太阳能集热器系统。
有三个系列的供暖系统的主要操作模式模式,这是由电磁阀控制V7 ~ V10:(1)加热模式:V7中,V8, V9 V10,;pump-3,(2)加热和存储模式:V9, V10 pump-3,;V7、V8(3)存储模式:V9, V10,;V7中,V8, pump-3
有三个主要的操作模式加热系统在并行模式下,这是由电磁阀控制V7 ~ ~ V10和VM虚拟机 :(1)加热模式:V7中,V8, V9 V10,;pump-3 VM1 ~ VM (n)和VM1~ VM (n) ,在(2)加热和存储模式:V7中,V8,;V9, V10 pump-3 VM1 ~ VM (n)和VM1~ VM (n) ,在(3)存储模式:V9, V10 VM1, VM1 ,要走;V7中,V8, pump-3
3所示。数学建模
3.1。太阳能集热器
太阳能的能量来源是分析系统。太阳能领域的太阳能潜力可以计算收集器孔径和有效辐射。方程(1)显示可用的太阳能。
有效辐射是不同的每一个收集器。FPC等同时使用波束散射辐射,而PTC只使用电子束辐射。每个收集器的有效辐射提出了如下:
辐射在倾斜表面(3)[17]。符号用于太阳能辐照度。下标的b,n、dif和tot如下:b和n辐射对飞机正常参考光束传播方向;dif指的是散射辐射;,合计是指总辐射水平表面。符号代表入射角,代表了斜坡。
PTC的辐射利用给出如下:
倾斜的表面,给出如下:
表面,可以在东西方向,绕轴旋转给出如下: 在哪里 ,和代表赤纬,纬度、方位角和太阳时角,分别。的偏差可以找到库珀从方程(18]。符号指的是一天。
太阳时角可以从以下计算: AST和LST指太阳时和当地标准时间,分别。符号SL和LL参考标准子午线为本地时区的经度位置,分别。
集热器的热效率是比较有用的能源,工作流体吸收的太阳能收集器。方程(9)提出了效率:
对于每个收集器类型,典型的文学选择的效率曲线(19- - - - - -21),(10)提出了他们的效率:
3.2。兽人系统
兽人的热过程系统如图4。
蒸发器是由过程5 - 1 (11)。蒸发器的夹点温度可以被描述为(12)。
过程1 - 2给出了螺杆膨胀机的
冷凝器是由过程2 - 4
冷凝器的夹点温度可以描述的
蒸发式冷凝器的交流都热传热传质凝汽器管的外表面。冷凝器的热量交换的很大一部分来自于蒸发水,所以蒸发式冷凝器主要是湿球敏感设备(22]。冷凝温度可以计算(16),是web灯泡外部空气的温度。
根据文献[23),蒸发式冷凝器的功耗是由(17),单位的能耗是蒸发冷凝器冷却负荷。
流程4 - 5给出了兽人泵
兽人的净功率输出系统
兽人系统的热效率可以计算的
3.3。(火用)分析
太阳能热电联产系统,两种输出的能量水平,供热和发电,是不同的。因此,本文采用(火用)分析方法比较两种类型的太阳能热电联产系统。
的(火用)输出电力 在哪里 ,和表示泵的功耗(pump-1、pump-2 pump-3,分别在数字2和3)。 在哪里 ,和代表流量、水头和效率的泵,分别代表工作流体的体积重量。
的(火用)输出热量 在哪里代表加热水的比热,在焦每千克·K;代表加热水的质量流率,公斤/ s;和和代表供应和返回的温度加热水,在K。
总(火用)
3.4。仿真参数
气象数据的模拟,的值 ,和环境温度使用TMY数据取自Meteonorm软件。其他参数(纬度的地方,坡度角的收藏家,和地面反射率)如表所示1。FPC等是倾斜的,而PTC与轴水平在东西方向和南北方向的运动跟踪系统。
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因为没有文档指定的设计,本文以供暖季节的平均气象数据进行分析。图5显示了平均气象数据。
这个系统的优化参数的入口温度是压水收藏家。这个参数决定收集器效率和收藏家的出口温度的影响。收藏家的出口和入口温度的进口和出口的温度是兽人的蒸发器系统,分别决定了兽人系统的效率。收藏家的高进气温度降低集热器热效率,但增加兽人系统的效率。因此,这种温度的优化需要设计一个最优系统。四种不同的模拟,一个用于每个收集器类型,介绍了这项研究。有必要提到太阳能潜力例子的情况是不同的,因为每个收集器类型以不同的方式利用散射辐射,已提出了(2)。执行分析稳态条件下使用MATLAB和REFPROP。
4所示。结果和讨论
并给出了仿真结果和分析,以确定什么样的太阳能热电联产系统具有更好的热力学性质。
4.1。收集器性能
收集器效率取决于操作条件,其中的有效辐射和水入口温度是两个至关重要的参数。图5显示每个收集器的有效发光。显然,收藏家的有效辐射随时间变化。和在晚7点之前,没有有效的辐照度。有效辐照度增加早上7:00,直到达到一个最大值,然后下降到7点。每个收集器的最大有效辐照度发生在13:00。PTC的有效辐照度高于FPC等从7点至9点,但低从9点到19点。
图6显示了每个收集器不同入口温度条件下的效率。很明显,效率随进气温度增加。PTC是最高效的技术等是第二。FPC遵循效率较低。入口温度水平较高,FPC的性能很低,因为热损失是非常大的。PTC等使用疏散管,热损失为整个检查温度仍然很低的地区。
图7显示了热收集器收集1米2集电极区域在不同进气温度分析日。从图可以看出,收集到的热量随进气温度增加,和FPC减少得最多,PTC下降最少。因此,对于FPC的太阳能热电联产系统,并行模式可以显著提高收集的热量。然而,对于等或PTC,改善并不显著。
4.2。兽人的性能
对于兽人系统,热源和冷源的温度是热效率的两个重要参数。图8描述了入口温度的影响热效率的兽人系统并行模式和系列模式。
更高的温度热源会导致更高的效率。更高的温度热源对应于一个更高的太阳能收集器的入口温度。显然,热效率随进气温度高达145°C,因为R245fa的临界温度为154°C。
图8表明,兽人系统在并行模式的效率明显高于系列的模式。随着加热温度的增加,本系列的兽人系统模式的效率逐渐降低。原因是兽人的冷凝温度系统在并行模式是空气的湿球温度,这远低于系列的模式。
4.3。系列的太阳能热电联产系统的模式
系列的太阳能热电联产系统的模式,收藏家的入口温度和回归水加热的温度是热性能的两个关键参数。图9描述了入口温度的影响的系列的(火用)输出模式的太阳能热电联产系统时返回水加热的温度是40°C。
图9表明三种类型的太阳能收集器,输出(火用)可以从高到低排名: 。
FPC,收藏家的入口温度的增加,增加,直到达到一个最大值,然后下降。和减少与增加进气温度的收藏家。FPC的最佳入口温度为65°C,和最大是0.265千瓦时。
等和PTC,收藏家的入口温度的增加,和增加直到达到最大值,然后下降。随入口温度的增加而减小的收藏家。最优等入口温度为85°C,和最大是0.657千瓦时。PTC的最佳入口温度为135°C,和最大是0.850千瓦时。
4.4。平行的太阳能热电联产系统的模式
并行模式的太阳能热电联产系统,太阳能集热器的一部分运行在低温加热,和其他在高温下对电力生产运行。收藏家的入口温度,加热的温度返回加热水,40°C。收藏家的入口温度对电力生产的最佳温度,FPC 60°C, 100°C等,对PTC 140°C。
并行模式的太阳能热电联产系统,太阳能集热器面积的比例用于供热和发电热力性能是一个关键参数。
图10表明三种类型的太阳能收集器,和增加而随越来越多的太阳能集热器面积取暖。即,太阳能加热系统的(火用)输出高于太阳能发电系统的太阳能集热器面积是一样的。( )达到最大当所有的收集器用于加热,和当所有收藏家都达到上限用于电力生产。
4.5。比较两种类型的太阳能热电联产系统
图11显示最大(火用)输出的两种模式的太阳能热电联产系统1米2集电极区域分析日返回加热不同温度的水。每个点在图旁边的价值11表示最大的收藏家的最佳进气温度(火用)输出串联模式。太阳能集热器面积采暖的最佳比例是1( )和0以并行模式。
系列的模式,三种类型的太阳能收集器,最大值随着温度的增加而减小的返回加热水。原因是返回的冷凝温度增加而增加温度加热水,这降低了发电效率。FPC的最大值随着温度增加而减小的返回加热水。当 °C,最大0.265千瓦时;当 °C,最大0.194千瓦时;当 °C,最大是0.088千瓦时。等和PTC的最大增加而增加的温度加热水回来。等,当 °C,最大0.657千瓦时;当 °C,最大0.754千瓦时;当 °C,最大是0.823千瓦时。PTC(列车自动控制系统), °C,最大0.850千瓦时;当 °C,最大0.976千瓦时;当= 80°C,最大是1.088千瓦时。
在并行模式下,三种类型的太阳能收集器,最大值保持不变的温度的增加返回加热水因为所有的太阳能收集器用于发电和取暖。FPC的最大值随着温度增加而减小的返回加热水。当 °C,最大0.415千瓦时;当 °C,最大0.376千瓦时;当 °C,最大是0.272千瓦时。等和PTC的最大增加而增加的温度加热水回来。等,当 °C,最大0.628千瓦时;当 °C,最大0.795千瓦时;当 °C,最大是0.900千瓦时。PTC(列车自动控制系统), °C,最大0.624千瓦时;当 °C,最大0.848千瓦时;当 °C,最大是1.035千瓦时。
使 , ,和 ,然后 , ,和的三个收集器类型如图12。从图12从的角度来看,可以看出或 ,并行模式优于系列模式。从的角度来看 ,并行模式优于系列模式FPC太阳能集热器时;然而,系列模式优于并行模式时,太阳能集热器是PTC(列车自动控制系统)。当太阳能集热器等,结果取决于返回水加热的温度。当返回加热水的温度低(低于46°C),该系列模式是更好的,当返回水加热的温度高(46°C以上),并行模式更好。
5。结论
两种类型的太阳能热电联产系统的性能由太阳能集热器和系列的兽人比较和分析模式和并行模式。三种太阳能收集器是:FPC,等等,PTC(列车自动控制系统)。的(火用)输出两种太阳能热电联产系统在不同温度下的返回加热水和太阳能集热器的不同入口温度计算和比较。本研究的主要结果总结如下:(1)系列的模式,与收藏家的入口温度的增加,总(火用)输出降低FPC和增加,直到达到一个最大值,然后下降等和PTC(2)在并行模式下,总(火用)输出增加而增加加热的太阳能集热器面积的比例。太阳能加热系统的(火用)输出高于太阳能发电系统的太阳能集热器区域是相同的(3)从的角度来看或 ,并行模式优于系列模式(4)从的角度来看 ,并行模式优于系列模式FPC太阳能集热器时;然而,系列模式优于并行模式时,太阳能集热器是PTC(列车自动控制系统)。当太阳能集热器等,结果取决于返回水加热的温度。当返回加热水的温度低(低于46°C),该系列模式是更好的,当返回水加热的温度高(46°C以上),并行模式更好
命名法
| 一个: | 区(米2) |
| AST: | 太阳能时间(分钟) |
| c: | 比热(kJ /公斤·K) |
| E: | (火用)(千瓦时) |
| G: | 太阳辐照度(W / m2) |
| h: | 焓(焦每千克) |
| 噢, | 经度(°) |
| LST: | 当地标准时间(分钟) |
| 米: | 质量流率(公斤/ s) |
| 问: | 耗热率(W) |
| 年代: | 熵(焦每千克) |
| SL: | 为本地时区标准子午线(°) |
| t: | 温度(°C) |
| W: | 功率(千瓦) |
| β: | 收集器斜率(°) |
| γ: | 方位角(°) |
| δ: | 赤纬角(°) |
| η: | 效率 |
| θ: | 入射角(°) |
| ρ: | 地面反射 |
| ω: | 太阳时角(°) |
| ϕ: | 纬度(°) |
| 一个: | 环境 |
| b,n: | 电子束辐射对飞机正常的方向传播 |
| 上校: | 收集器 |
| 气孔导度: | 冷凝器 |
| dif: | 散射辐射 |
| 杰夫: | 有效的 |
| evap: | 蒸发器 |
| : | 入口 |
| l: | 冷源 |
| 人事处: | 有机泵 |
| org: | 有机液体 |
| : | 出口 |
| R: | 加热源 |
| SE: | 螺杆膨胀机 |
| 索尔: | 太阳能 |
| 直到: | 倾斜的表面 |
| 合计: | 水平面总辐射 |
| 使用: | 有用的 |
| 窟: | 水 |
| 白平衡: | 湿球。 |
数据可用性
气象数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作得到了四川省青年科技创新团队建设环境和能源效率(没有。2015 td0015)。
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