有机朗肯循环（ORC）地热发电技术系统参数优化探究

根据介质的温度状况，可以将地热发电系统分为三种 ：高温(>150℃ )、中温 (90-150℃ ) 和低温 (<90℃ ) 系统。有机朗肯循环（ORC）技术可广泛应用于低品位能源发电利用系统，对于地热发电系统具有较为突出的优势。因此，国内外许多研究机构和学者对 ORC 地热发电系统的结构设计、系统性能、工质选择、设计参数优化等方面进行了大量而深入的研究。

ORC 地热发电系统的优化

通过参数优化结果可知 ：在亚临界 ORC 地热系统的范围内，工质 R123 可以使循环具有最高的热效率和（火用）效率。

选取 R123 作为 ORC 地热发电系统的工质，分别在高温 (>150℃ )、中温 (90-150℃ ) 和低温 (<90℃ ) 的情况下，以最高的循环热效率作为优化目标，对 ORC 地热发电系统进行优化研究。选取透平进口压力、透平进口温度这两个关键参数作为决策变量。其中透平进口压力 [MPa] 取值范围为，高、中、低温小于等于 1 ；透平进口温度 [K] 取值范围为，高温≤ 443.15，中温≤ 383.15，低温≤ 343.15。

ORC 地热发电系统参数优化的相关计算条件见表 1。

经过优化计算，分别得到了低温、中温和高温 ORC 地热发电系统的优化结果如表 2 所示。

针对 ORC 地热发电系统的特点，在建立 ORC 地热系统热力学模型并选取 R123 作为循环工质的基础上，以最高的循环热效率为目标函数，采用 NSGA-II 算法，分别在高温 (>150℃ )、中温 (90-150℃ ) 和低温 (<90℃ ) 的情况下，优化系统参数并得到最优工况。分析优化结果表明，在中低温（<120℃左右）范围内，循环热效率随着热源温度的升高而明显升高 ；循环工质 R123 在最高压力时的饱和温度限制了透平进口温度的有效提升，因此，当热源温度达到 120℃ -130℃左右，如果进一步提升热源温度，循环热效率基本保持不变。只有通过进一步提升循环压比，才能有效的提升循环热效率 ；在系统的最优工况条件下，循环都具有相对较高的（火用）效率 ；升高热源温度可以有效提升系统净输出功率 ；