Dynamic performance investigation of organic Rankine cycle drivenby solar energy under cloudy condition
论文作者：Jiaxin Ni, Li Zhao*, Zhengtao Zhang, Ying Zhang, Jianyuan Zhang, Shuai Deng, Minglu Ma
第一单位：Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy (Tianjin University), Ministry of Education of China, Tianjin, 300350, China
期刊名：Energy
期刊月份：2018年1月
影响因子（2017）：4.520
中科院SCI期刊分区：1区
关键词：Organic Rankine cycle (ORC)； Solar energy； Dynamic performance； Cloud effect ；Control strategy
论文介绍
本文对由槽式集热器驱动的ORC系统进行了模拟研究，主要研究系统在晴天及阴天下由于辐射量改变及云朵遮挡所导致的动态响应情况。这里截取文章中部分图与文字进行介绍，详细内容还请见本文（Ni J, Zhao L, Zhang Z, et al. Dynamic performance investigation of organic Rankine cycle driven by solar energy under cloudy condition[J]. Energy, 2018, 147: 122-141.），欢迎大家引用。
一、模型及建立
本文在dymola平台上搭建了太阳能ORC系统的动态仿真模型（如图1）。经与论文中实验数据比较，结果良好（图2）。模型中换热器基于分布参数法建立（如图3），槽式集热器（PTC）同样使用了分布参数法的动态模型（如图4）。模型的数学方程在本文中第2节部分进行了详细介绍。本文所用模型经打包形成了可用于常见热力学循环的仿真库TJU-thermo( http://www.solarsong.cn/archives/471），在本课题组网站上可进行下载（仅作为学术交流讨论，非商用）。
图1：Dymola平台上PTC-ORC系统图
图2：ORC模型与实验对比验证
图3：换热器分布参数法示意图
图4：槽式集热器分布参数法示意图
二、 结果及讨论
本文利用PTC-ORC动态模型主要研究了以下内容：
（1）晴天下系统工作状况研究
图5：晴天时不同泵频率下系统运行的参数变化情况
图6：晴天时集热器热效率与入射角的关系
（2）系统工作时云遮挡的影响
图7：不同云遮挡时间下系统导热油及蒸发器出口工质温度变化
图8：不同时刻云遮挡时系统导热油及蒸发器出口工质温度变化
（3）阴天时系统运行状况
图9：阴天下系统运行情况
(4) 阴天时对系统采取控制策略进行调节
图10：控制策略示意图
图11 ：阴天下采用控制策略对系统调节
三、主要结论
（1）太阳能ORC系统运行时，由于受太阳入射角的影响，系统的最大输出功没有出现在辐照量最大的时刻。晴天工况系统峰值输出功为16.53kW，多云工况系统峰值功率为16.31kW，并且两种天气情况下系统的最大输出功均出现在下午14:00附近。
（2）过热度可以作为太阳能ORC系统对云扰动的保护。云遮挡的时间越长，导致过热度下降的幅度越大。模拟中2分钟云遮挡会使系统过热度下降19.8K；5分钟云遮挡会使过热度下降34.8K；15分钟的云遮挡使系统过热度下降超过60.0K。太阳能ORC系统运行时上午过热度较低，更易受到云扰动影响。
（3）使用PID控制可以有效改善太阳能ORC系统受天气的影响，并增加系统输出功。阴天工况下，未使用控制的系统输出功为84.95kW·h，添加控制后系统输出功为105.54kW·h，提高了24%。
注：本文章转载自天大赵力课题组，不代表本网观点立场。
