非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动冷热电联供的基础研究

为了满足我国一些不宜集中供电或电力供应严重不足地区的实际需要，因地制宜地实现冷热电联供，结合节能减排重大需求，本项目提出采用非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动实现冷热电联供。在研究思路和技术措施上，使用多元混合工质作循环工质，传热流体与循环工质间采用直接接触换热强化措施，用离子液体作传热及蓄热功能流体。通过对混合工质物化性能及生物质燃料特性的研究，以及对集热器、直接接触式蒸气发生器等设备传热与流动规律的研究，获得工质在循环工况下的热分解特性及腐蚀机理；揭示混合工质热物性参数、传热夹点特性、生物质特性、集热器与换热设备的结构参数、传热与蓄热流体的物性参数、热力循环参数等对系统性能的影响规律；形成混合工质的组元匹配与配比优化热力学方法、功能流体/循环工质适配方法；建立集热器与换热设备结构参数、热力循环参数优化设计模型，构建非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动冷热电联供系统优化设计理论体系。

项目执行期间，按照计划书要求对非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动冷热电联供技术的有关方面进行了深入的基础研究，完成了对其理论体系的建立。研究了ORC直接接触换热的传热机理，对直接接触式蒸汽发生器进行模拟和试验研究，建立了ORC直接接触式蒸汽发生器的性能预测及优化数学模型；研究了非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动冷热电联供系统循环工质物性参数的计算方法，提出了混合工质二元交互作用系数的理论预测方法，研究了循环工质的热分解特性，考察了有机工质的物性对系统性能的影响规律，提出了一种新的指标来评价非共沸混合工质ORC换热器温度的匹配性能，形成了混合工质的组元匹配与配比优化热力学方法、功能流体/循环工质适配方法；基于对成型生物质燃料燃烧特性的研究，建立了生物质成型燃料在链条炉内的床层燃烧和炉膛燃烧一体化计算的综合模型，构建了成型生物质燃料锅炉系统的模拟和优化模型，并建立了锅炉系统较为完整的优化设计方法；分别建立了蛇形管平板型集热器，直通管式、热管式、套管式太阳能真空管以及直通管式太阳能与烟气耦合加热真空管集热器的数理模型，考察了多种因素对集热器热性能的影响规律，对蛇形管平板型集热器进行了实验验证；建立了相变蓄热罐内三维蓄热单元的数学模型和蓄热单元内石蜡融化的完整数学模型，对相变蓄热罐的传热特性和热力性能进行研究；建立了太阳能两级喷射制冷系统的数理模型并进行模拟和火用分析。基于以上研究，构建了非聚焦太阳能与生物质热能联合驱动冷热电联供系统优化设计的理论体系。