基于實(shí)驗(yàn)誤差修正模型的閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)分析

尹洪梅，駱超，趙軍，王永真，胡立凱

（1天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300350；2天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300350；3惠州學(xué)院建筑與土木工程學(xué)院，廣東惠州516007；4 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，北京100084）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程加快，霧霾現(xiàn)象在中國(guó)越來(lái)越嚴(yán)重，燃煤電廠的煙氣排放仍然是霧霾顆粒物的主要來(lái)源[1-2]。同化石能源相比，地?zé)崮苁且环N環(huán)境友好型能源，干蒸汽和閃蒸地?zé)犭娬镜牡責(zé)峋突毓嗑猩倭康奈廴疚锱懦?，而雙工質(zhì)地?zé)犭娬臼情]式循環(huán)，沒有污染物產(chǎn)生[3-4]。地?zé)豳Y源根據(jù)溫度高低可以分為高溫、中溫和低溫地?zé)豳Y源，高溫、中溫和低溫的地?zé)豳Y源的溫度分別為≥150℃、100～150℃和＜100℃[5-6]。

我國(guó)多地?zé)豳Y源豐富、分布廣泛、種類繁多，以水熱型地?zé)豳Y源為主，其潛力相當(dāng)于1.25×104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤[7]。目前中國(guó)的地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)量約為28MW，位居世界18 位，十三五規(guī)劃預(yù)計(jì)到2020年增加到530MW[8]。目前地?zé)嶂饕l(fā)電技術(shù)是閃蒸和雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)[9]，有研究表明，閃蒸-雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)有效提高了地?zé)岚l(fā)電的利用率，其發(fā)電量比單一閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量提高了20%[10]，對(duì)中高溫地?zé)豳Y源具有較好的適應(yīng)性。

學(xué)者在地?zé)衢W蒸及雙工質(zhì)系統(tǒng)方面進(jìn)行了一定研究，并取得了許多成就。有研究學(xué)者用最小化每千瓦時(shí)的平準(zhǔn)化成本作為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)，結(jié)果表明?經(jīng)濟(jì)性較好時(shí)，系統(tǒng)的熱力學(xué)性能并不是最佳[11]。有學(xué)者利用帕累托的多目標(biāo)優(yōu)化方法，對(duì)伊朗的Sabalan 地?zé)犭娬具M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的?效率比單一閃蒸和雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的高[12]。從熱效率、?效率和?經(jīng)濟(jì)性的角度，對(duì)比分析不同工質(zhì)下閃蒸-雙工質(zhì)和兩級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的性能表明，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的性能優(yōu)于兩級(jí)閃蒸[13]。國(guó)內(nèi)外對(duì)閃蒸或雙工質(zhì)循環(huán)也作了變工況參數(shù)優(yōu)化分析[14-15]，但針對(duì)閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)匹配及運(yùn)行穩(wěn)定性研究較少。閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)參數(shù)變量復(fù)雜且耦合性強(qiáng)，其能否穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)中高溫地?zé)豳Y源熱利用具有重要意義，因此有必要對(duì)閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱力、經(jīng)濟(jì)分析，并搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性運(yùn)行參配匹配研究，以期為我國(guó)滇藏、川西地區(qū)的中高溫地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供技術(shù)支撐和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 閃蒸-雙工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)模型

閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)由閃蒸系統(tǒng)和雙工質(zhì)循環(huán)兩部分組成，主要設(shè)備包括高溫?zé)嵩础⑵蛛x器、閃蒸系統(tǒng)膨脹機(jī)、蒸發(fā)器、預(yù)熱器、雙工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)、工質(zhì)泵、冷凝器和冷卻塔，系統(tǒng)如圖1 所示。其工作原理是高溫?zé)崴M(jìn)入節(jié)流閥，在汽水分離器中分離出飽和蒸汽進(jìn)入閃蒸膨脹機(jī)發(fā)電，發(fā)電后的乏汽進(jìn)入冷凝器后直接排出，而分離后的飽和熱水先進(jìn)入雙工質(zhì)循環(huán)的蒸發(fā)器，加熱低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，再進(jìn)入預(yù)熱器，預(yù)熱來(lái)自儲(chǔ)液罐中的有機(jī)工質(zhì)，最后被泵入熱源鍋爐；冷凝后的有機(jī)工質(zhì)從儲(chǔ)液罐中被泵入預(yù)熱器，在預(yù)熱器中被加熱成飽和液體后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱相變成過熱有機(jī)工質(zhì)氣體，進(jìn)入雙工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)做功，做功后的乏汽進(jìn)入冷凝器冷卻，冷卻后的飽和液體進(jìn)入儲(chǔ)液罐；閃蒸系統(tǒng)和雙工質(zhì)循環(huán)的冷卻水通過冷卻塔提供。

其熱力循環(huán)T-s圖，如圖2 所示。曲線11-12和5-6分別代表了閃蒸系統(tǒng)和雙工質(zhì)循環(huán)中氣體的實(shí)際膨脹過程，而曲線11-12s 和5-6s 分別代表了閃蒸系統(tǒng)和雙工質(zhì)循環(huán)中氣體的理想膨脹過程。

聯(lián)合系統(tǒng)的熱力過程模型見表1。

閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的性能指標(biāo)常用熱力學(xué)第一和第二定律表示，見式(1)、式(2)。

式中，h0和s0為環(huán)境溫度下的焓值和熵值。

閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的?效率也反應(yīng)了系統(tǒng)的?損失，用式(3)表示。

回灌水的?損失見式(4)。

圖1 閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)流程

圖2 閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)溫熵圖

表1 聯(lián)合系統(tǒng)熱力模型

熱效率和?效率與熱源溫度相關(guān)，將熱源溫度、回灌溫度和冷凝溫度三個(gè)參數(shù)變量結(jié)合，獲得另外一個(gè)評(píng)價(jià)閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的有用指標(biāo)。用凈發(fā)電量與地?zé)崃黧w質(zhì)量流量表示，即單位熱水發(fā)電量，如式(5)所示。

以單位熱水發(fā)電量最大為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化閃蒸和蒸發(fā)壓力兩個(gè)參數(shù)。

2 優(yōu)化方法與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 優(yōu)化方法

閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化是一個(gè)多目標(biāo)、多參數(shù)的優(yōu)化問題。首先，需要確定和效率有關(guān)的初始參數(shù)，例如熱源溫度、環(huán)境溫度、冷源溫度等；其次對(duì)冷凝壓力進(jìn)行賦值，利用冷凝器的窄點(diǎn)溫差作為限制條件，進(jìn)行迭代，計(jì)算出冷凝壓力；最后以Ne最大化為目標(biāo)，得出閃蒸壓力和蒸發(fā)壓力的最優(yōu)值。在最優(yōu)閃蒸和蒸發(fā)壓力下，分析閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和性能指標(biāo)。具體計(jì)算流程如圖3所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究主要為了驗(yàn)證模型優(yōu)化參數(shù)的匹配性。即在初始條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)能否達(dá)到優(yōu)化匹配值，關(guān)系著能否得出最佳的性能指標(biāo)。

圖3 閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化流程

閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)主要針對(duì)我國(guó)西藏、川西和云南等地的中高溫地?zé)豳Y源。實(shí)驗(yàn)?zāi)M熱源考慮以下兩個(gè)因素：一是可以連續(xù)產(chǎn)生100～150℃的高溫水；二是有穩(wěn)定的補(bǔ)水和補(bǔ)氣過程，減少閃蒸過程損失的壓力及膨脹乏汽帶走的熱水。因此，實(shí)驗(yàn)?zāi)M熱源選擇了具有補(bǔ)氣功能的電加熱鍋爐，盡量減少熱源對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和性能穩(wěn)定性的影響。

由于小功率的汽輪機(jī)在市場(chǎng)上很難買到，并且制作成本較高，因此，用汽車渦輪壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)替代雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的膨脹機(jī)膨脹過程，用截止閥替代閃蒸系統(tǒng)的膨脹機(jī)，利用截止閥的開度百分比控制閃蒸壓力大小。雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電量利用LED燈泡消耗，并在試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下觀察燈泡負(fù)載大小對(duì)聯(lián)合系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖4所示。

圖4 閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）檢查泵流經(jīng)的閥門，需要關(guān)閉聯(lián)合系統(tǒng)熱水的第2個(gè)閥門（即編號(hào)6位置），檢查熱井是否為排真空狀態(tài)。

（2）打開鍋爐補(bǔ)水電源開關(guān)。

（3）打開電箱啟動(dòng)總電源，打開閃蒸系統(tǒng)，雙工質(zhì)系統(tǒng)電源。

（4）打開雙工質(zhì)系統(tǒng)電箱中的冷卻水泵開關(guān)，打開閃蒸系統(tǒng)真空泵冷卻水系統(tǒng)。

（5）打開熱水泵前V1、泵后V2閥門，觀察閃蒸罐上的液位計(jì)是否在1/3～1/2位置處，設(shè)定鍋爐熱源進(jìn)水溫度在100℃以下。

（6）打開鍋爐和閃蒸罐的進(jìn)水閥。

（7）通過同時(shí)調(diào)節(jié)鍋爐流量閥和熱水泵前V1、泵后V2閥門，使閃蒸罐液位計(jì)保持在1/3位置處不波動(dòng)，保持流量平衡，熱水給水流量顯示值一般小于鍋爐流量顯示值0.02m3/h左右。

（8）待鍋爐熱水溫度接近100℃，打開真空泵，閃蒸系統(tǒng)開始運(yùn)行。

（9）待閃蒸循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定之后，打開工質(zhì)泵，觀察雙工質(zhì)系統(tǒng)的膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，和R245fa 飽和蒸汽表的溫度進(jìn)行對(duì)照，判斷蒸汽是否處于過熱狀態(tài)。

（10）待R245fa 蒸汽處于過熱狀態(tài)后，打開膨脹機(jī)前后閥門，如果膨脹機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，則逐漸關(guān)小旁通閥，使膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；觀察膨脹機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速大于2000r/min，停止旋轉(zhuǎn)旁通閥。

（11）膨脹機(jī)帶動(dòng)皮帶輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察皮帶輪轉(zhuǎn)速，如果大于1000r/min，打開負(fù)載LED 燈；如果小于1000r/min，則關(guān)閉全部旁通閥。

（12）關(guān)閉旁通閥之后，先打開一組負(fù)載，按照實(shí)驗(yàn)規(guī)劃，調(diào)節(jié)鍋爐溫度、負(fù)載個(gè)數(shù)、工質(zhì)流量等參數(shù)，測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并做好記錄。

3 修正模型

3.1 修正模型確定

由于渦輪壓縮機(jī)、截止閥、換熱器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備及冷熱源等實(shí)驗(yàn)條件限制，造成實(shí)驗(yàn)（experiment，Exp）和優(yōu)化設(shè)計(jì)（optimum design，OD）工況下，閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和性能指標(biāo)不同。因此，基于實(shí)驗(yàn)工況下的參數(shù)，對(duì)閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)模型建立了誤差修正模型1（error correction model 1，ECM1）和誤差修正模型2（error correction model 2，ECM2）。相對(duì)誤差（relative error,RE）計(jì)算見式(6)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和修正模型的初始和優(yōu)化參數(shù)見表2。

3.2 初始參數(shù)確定

3.2.1 冷卻水進(jìn)口溫度

冷卻水的溫度由室外環(huán)境等因素共同決定，實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)工況下的冷卻水進(jìn)口溫度如圖5 所示，優(yōu)化設(shè)計(jì)冷卻水溫度為25℃，而實(shí)驗(yàn)測(cè)試工況下，熱源溫度為100～150℃對(duì)應(yīng)的不同冷卻水進(jìn)口溫度分別為：20℃、22℃、25℃、20℃、20℃和25℃。主要是由于實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)試是在不同天完成的，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)工況和實(shí)驗(yàn)工況下的冷卻水溫度不同。

3.2.2 閃蒸壓力

圖5 在不同工況下冷卻水溫初始值確定

圖6 在不同工況下閃蒸壓力初始值確定

優(yōu)化設(shè)計(jì)工況下的閃蒸壓力隨著熱源溫度的增大而升高，在熱源溫度為100～150℃的工況下，OD 和Exp 對(duì)應(yīng)的閃蒸壓力如圖6 所示。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于閃蒸罐由廠家定制，結(jié)構(gòu)和容積已經(jīng)定型，其閃蒸蒸汽壓力即p10主要依靠調(diào)節(jié)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)中替代汽輪機(jī)的截止閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，截止閥在實(shí)驗(yàn)過程中分6檔調(diào)節(jié)閃蒸壓力，100～120℃時(shí)，閥門開度保持1/6不變時(shí)，其優(yōu)化閃蒸壓力與實(shí)驗(yàn)過程較為接近，當(dāng)熱源溫度升高至130～150℃時(shí)，高溫?zé)嵩村仩t出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)的原因是由于閃蒸系統(tǒng)是一個(gè)開式系統(tǒng)，閃蒸后的蒸汽冷凝后直接排出，為保持熱源的溫度和壓力不變，鍋爐在補(bǔ)水過程中利用壓縮機(jī)加壓，溫度越高，壓縮機(jī)的啟動(dòng)頻率越高，造成熱源鍋爐跳閘和振動(dòng)頻繁。為了防止鍋爐振動(dòng)，維持閃蒸罐閃蒸后熱水液面的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的安全性，因此手動(dòng)調(diào)節(jié)截止閥的開度，使閃蒸壓力降低。不同熱源溫度下的閃蒸溫度還與冷凝溫度有關(guān)。

3.2.3 蒸發(fā)壓力

閃蒸后的熱水作為雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的熱源，流入蒸發(fā)器。在熱源溫度為100～150℃的工況下，OD 和Exp 的蒸發(fā)壓力與熱源溫度關(guān)系如圖7所示。從實(shí)驗(yàn)工況散點(diǎn)圖可以看出，工質(zhì)蒸發(fā)壓力和閃蒸壓力的趨勢(shì)一致，但是與優(yōu)化設(shè)計(jì)工況不同，蒸發(fā)壓力主要由閃蒸和冷凝溫度決定，其變化趨勢(shì)與閃蒸后熱水溫度和冷卻水進(jìn)口溫度不可控有一定的關(guān)系。

表2 四種工況下的初始化參數(shù)

圖7 在不同工況下蒸發(fā)壓力初始值確定

4 實(shí)驗(yàn)和模型對(duì)比分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、誤差修正模型1和誤差修正模型2 四種情形下的閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、性能指標(biāo)和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

4.1 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

四種情形下，發(fā)電系統(tǒng)的回灌溫度Ts5隨熱源的變化趨勢(shì)如圖8 所示。在OD 情形下，回灌溫度Ts5隨著熱源溫度的升高而逐漸增加，但OD 和Exp數(shù)值差距較大，其原因是由于回灌溫度由閃蒸、蒸發(fā)和冷凝溫度決定，OD 工況下的冷凝溫度相同，閃蒸和蒸發(fā)溫度都隨熱源的增加而升高，因此，OD工況下的回灌溫度Ts5也隨熱源溫度的增加而升高；EXP 工況下的回灌溫度Ts5和相同實(shí)驗(yàn)初始值的變化趨勢(shì)一致。誤差修正模型1（ECM1）和ECM2 工況下的回灌溫度Ts5重合。這主要是由于ECM2 和ECM1 的換熱器和冷凝器的端部溫差修正值相同。圖中實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)和修正模型吻合度較好，最大誤差5.0%，最小誤差0.24%，修正模型的相對(duì)誤差絕對(duì)值均不超過5%。

圖8 在不同工況下回灌溫度與熱源的關(guān)系

四種情形下，雙工質(zhì)循環(huán)和閃蒸系統(tǒng)膨脹機(jī)乏汽溫度T6和T12隨熱源的變化趨勢(shì)如圖9(a)和9(b)所示。在OD工況情形下，乏汽溫度T6和T12隨著熱源溫度的增加保持不變，分別為51.35℃和43℃。OD和Exp數(shù)值差距較大的原因是由于乏汽溫度T6和T12由膨脹機(jī)等熵效率和冷凝溫度決定，OD 工況下的冷凝溫度和膨脹機(jī)等熵效率相同，因此，OD 工況下的乏汽溫度T6和T12也保持不變，Exp工況下，由于膨脹機(jī)的等熵效率不同，造成乏汽溫度T6和T12在Exp和OD兩種工況下的差距較大。

圖9 在不同工況下膨脹機(jī)乏汽溫度與熱源的關(guān)系

ECM1由于只修正了冷卻水進(jìn)口溫度而沒有修正膨脹機(jī)等熵效率，因此在ECM1情形下，T6和T12表現(xiàn)的趨勢(shì)和Exp情形下相同。

ECM2由于修正了冷卻水進(jìn)口溫度和膨脹機(jī)等熵效率，因此在ECM2情形下，T6和T12與Exp情形下的吻合性較好。T6最大誤差4.5%，最小誤差-1.7%，相對(duì)誤差絕對(duì)值均不超過5%；T12最大誤差8.9%，最小誤差3.7%，相對(duì)誤差絕對(duì)值均不超過10%。

4.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)

四種情形下，單位熱水發(fā)電量隨熱水溫度的變化如圖10 所示。從圖10 中可以看出，ECM2 和實(shí)驗(yàn)Exp數(shù)據(jù)吻合較好，單位熱水發(fā)電量隨熱源溫度增加而緩慢升高。當(dāng)熱水溫度為100～150℃時(shí)，ECM2和實(shí)驗(yàn)Exp的Ne相對(duì)誤差最大值和最小值分別為4.8%和-0.9%，相對(duì)誤差絕對(duì)值均不超過5%。

OD 工況下的Ne隨熱源溫度的增加而快速增加，當(dāng)熱水溫度為100～150℃時(shí)，Ne的ECM2曲線的斜率越來(lái)越大，說(shuō)明熱源溫度越高，Ne的增量越大，高溫地?zé)豳Y源發(fā)電的適應(yīng)性越好。

圖10 在不同工況下Ne與熱源的關(guān)系

4.3 實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性分析

實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性主要是觀察主要運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的波動(dòng)大小。由于熱源溫度為120℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)工況下測(cè)得的閃蒸壓力和冷卻水溫度與優(yōu)化設(shè)計(jì)工況下的參數(shù)吻合度較好，因此分析120℃下的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定性分析。圖11(a)和圖11(b)分別給出了工質(zhì)流量m8、閃蒸溫度Ts2、回灌溫度Ts5和雙工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)進(jìn)出口壓力p5、p6隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，從圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)過程中，m8、Ts2、Ts5、p5和p6分 別 為0.079kg/s、96℃、85℃、8.5bar 和1.9bar，基本保持不變，具有較好的穩(wěn)定性。

當(dāng)熱源溫度為120℃，穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通過改變雙工質(zhì)循環(huán)LED 的負(fù)載功率，分析不同負(fù)載功率下，對(duì)雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電輸出功率的變化，發(fā)電輸出功率通過功率儀測(cè)試獲得，每組LED 燈的額定功率為240W，共有3 組，分別由3 個(gè)空氣開關(guān)控制。從圖12 中可以看出，當(dāng)負(fù)載功率為240W時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)輸出功率從430W 增加至470W，變化較大，即負(fù)載功率小于輸出功率55%時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)的輸出功率不穩(wěn)定；當(dāng)負(fù)載功率為480W時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)輸出功率維持在505W左右，變化不大，即負(fù)載功率和輸出功率相近時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)的輸出功率穩(wěn)定，LED燈亮度適合；當(dāng)負(fù)載功率為720W時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)輸出功率維持在642W不變，即當(dāng)負(fù)載功率大于輸出功率時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)的輸出功率穩(wěn)定，LED燈變暗。

圖11 實(shí)驗(yàn)參數(shù)隨時(shí)間的變化

圖12 雙工質(zhì)循環(huán)輸出功率和負(fù)載功率隨時(shí)間的變化

4.4 ?損失分析

根據(jù)修正模型ECM2，對(duì)比分析了在100～150℃的熱源溫度下，閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)在最優(yōu)閃蒸和蒸發(fā)壓力下的各項(xiàng)?損失百分比如圖13 所示。從圖13 中可以看出隨著熱源溫度的增加，汽輪機(jī)的?損失逐漸增大，而回灌熱水的?損失逐漸減小。其中汽輪機(jī)、回灌熱水和冷凝器的?損失較大，占比分別為41%～47%、22%～33%和16%～20%，汽輪機(jī)?損失占比較大的原因是由于在ECM2的汽輪機(jī)效率較低，另外，可以進(jìn)一步考慮優(yōu)化冷凝器，減少冷凝器的?損失。

圖13 ECM2工況下各項(xiàng)?損失占比

5 結(jié)論

針對(duì)中國(guó)西部中高溫地?zé)豳Y源，建立了閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)模型，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正并（通過相對(duì)誤差）驗(yàn)證模型的可靠性，分析聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行的穩(wěn)定性，得出了如下結(jié)論。

（1）誤差修正模型ECM2 具有較好的精確性。其主要運(yùn)行參數(shù)Ts5、T6、T12及性能指標(biāo)Ne和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，其相對(duì)誤差均不超過5%，能夠指導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。

（2）閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的Ne大小與熱源溫度成正比，并且熱源溫度越高Ne增速越快，說(shuō)明閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)對(duì)中高溫地?zé)豳Y源具有較好的適應(yīng)性。

（3）變負(fù)載影響雙工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。當(dāng)負(fù)載功率小于輸出功率55%時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)的輸出功率不穩(wěn)定，當(dāng)負(fù)載功率大于等于輸出功率時(shí)，雙工質(zhì)循環(huán)的輸出功率穩(wěn)定，但LED燈亮度不同。

（4）汽輪機(jī)?損失增長(zhǎng)趨勢(shì)與熱源溫度成正比，回灌水?損失增長(zhǎng)趨勢(shì)與熱源溫度成反比。各項(xiàng)?損失中汽輪機(jī)、回灌水和冷凝器的?損失占比較大，分別為41%～47%、22%～33%和16%～20%?？梢钥紤]提高汽輪機(jī)效率和進(jìn)一步對(duì)冷凝器進(jìn)行優(yōu)化，減少?損失。

符號(hào)說(shuō)明

E——?，kW

e——單位?，kJ/kg

I——?損失，kW

m——質(zhì)量流量，kg/s

Ne——單位熱水發(fā)電量，kW·h/t

p——壓力，bar

T——溫度，℃

WB,Turbine——雙工質(zhì)循環(huán)輸出功，kW

WF,Tuebine——閃蒸系統(tǒng)輸出功，kW

Wtotal——閃蒸-雙工質(zhì)系統(tǒng)總輸出功，kW

W0，Wg——分別為接枝前、后膜的質(zhì)量，g

η1——系統(tǒng)熱效率，%

η2——?效率，%

下角標(biāo)

1～8——工質(zhì)狀態(tài)

9～13——熱源狀態(tài)

s1～s5——閃蒸水狀態(tài)

C1～C5——冷卻水狀態(tài)