李太禄 贾亚楠 孟楠 刘青华 秦浩森 孔祥飞

摘要 以中高温地热作为驱动热源，将有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环相结合，提出了中高温地热冷热电联产系统。基于热力学第一和第二定律，构建了冷热电联产热力学优化模型，并对热源温度 120～200 ℃范围内的系统性能进行了模拟计算和分析，比较了Cyclohexane、Pentane、n-Heptane、n-Octane、n-Nonane 、n-Decane、n-Hexane及Isopentane 8种不同工质的热力学性能。结论显示：有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合系统可以实现冷热电联产，根据季节需求不同灵活调控;Isopentane发电性能最佳，Isopentane制冷性能最佳;回收冷却水排放的热量可以大大提高耦合系统热效率，热效率高达90%多。

关 键 词 冷热电联产;有机朗肯循环;蒸汽压缩制冷循环;冷凝热回收;中低温地热

中图分类号 TM616     文献标志码 A

On the performance of coupling cogeneration system of organic Rankine cycle and vapor compression refrigeration cycle

LI Tailu， JIA Yanan， MENG Nan， LIU Qinghua， QIN Haosen， KONG Xiangfei

（School of Energy and Environmental Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300130，China）

Abstract The medium and high temperature geothermal energy is used as the driving heat source， and the organic Rankine cycle and the steam compression refrigeration cycle are combined to put forward the Cogeneration system. Based on the first and second laws of thermodynamics， a thermodynamic optimization model of CCHP is established， and the performance of the system in the temperature range of 120–200 ℃ is simulated and analyzed. The thermodynamic performance of eight different refrigerants， cyclohexane， pentane， n-heptane， n-octane， n-nonane， n-decane， n-hexane and isoopentane are compared. The conclusion shows that： the coupling system of organic Rankine cycle and steam compression refrigeration cycle can realize the combined cooling and heating power generation， which can be flexibly controlled according to the seasonal demand; the power generation performance of isopentane is the best， and the refrigeration performance of isopentane is the best; the thermal efficiency of the coupling system can be greatly improved （more than 90% ） by recovering the heat discharged from the cooling water.

Key words CCHP; organic rankine cycle; vapor compression refrigeration cycle; condensation heat recovery; system optimization

0 引言

20世紀，世界能源消费迅速增长，预计今后几十年还将继续增长。考虑到人口、经济、生活水平等方面的影响，预计未来30年全球能源使用量将增加56%[1]，传统化石能源也日益耗竭，地热能作为一种安全稳定的新能源有广阔的应用前景及研究价值，广大研究者就地热能发电技术进行了广泛且深入的研究。

在中低温地热能中，有机朗肯循环（ORC）发电系统在技术、经济、发电效率等方面综合考虑优于其他系统[2]。但是传统的ORC难以将中低温的地热能有效地转化为电能，一般认为，仅有10%～15%的热能可以转化为电能[3]，大量的热量被浪费，因此众多的研究者在ORC系统结构、工质优选、循环参数优化等方面做了大量工作。Vaja和Gambarotta[4]对3种ORC循环（基本ORC、预热ORC和回热ORC）进行了性能比较，发现预热ORC可以提高12.5%的发电效率。……