根據(jù)介質(zhì)的溫度狀況，可以將地熱發(fā)電系統(tǒng)分為三種 ：高溫(>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 系統(tǒng)。有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)可廣泛應(yīng)用于低品位能源發(fā)電利用系統(tǒng)，對于地熱發(fā)電系統(tǒng)具有較為突出的優(yōu)勢。因此，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)和學者對 ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)性能、工質(zhì)選擇、設(shè)計參數(shù)優(yōu)化等方面進行了大量而深入的研究。

ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化

通過參數(shù)優(yōu)化結(jié)果可知 ：在亞臨界 ORC 地熱系統(tǒng)的范圍內(nèi)，工質(zhì) R123 可以使循環(huán)具有最高的熱效率和（火用）效率。

選取 R123 作為 ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)，分別在高溫 (>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 的情況下，以最高的循環(huán)熱效率作為優(yōu)化目標，對 ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)進行優(yōu)化研究。選取透平進口壓力、透平進口溫度這兩個關(guān)鍵參數(shù)作為決策變量。其中透平進口壓力 [MPa] 取值范圍為，高、中、低溫小于等于 1 ；透平進口溫度 [K] 取值范圍為，高溫≤ 443.15，中溫≤ 383.15，低溫≤ 343.15。

ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的相關(guān)計算條件見表 1。

經(jīng)過優(yōu)化計算，分別得到了低溫、中溫和高溫 ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果如表 2 所示。

針對 ORC 地熱發(fā)電系統(tǒng)的特點，在建立 ORC 地熱系統(tǒng)熱力學模型并選取 R123 作為循環(huán)工質(zhì)的基礎(chǔ)上，以最高的循環(huán)熱效率為目標函數(shù)，采用 NSGA-II 算法，分別在高溫 (>150℃ )、中溫 (90-150℃ ) 和低溫 (<90℃ ) 的情況下，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)并得到最優(yōu)工況。分析優(yōu)化結(jié)果表明，在中低溫（<120℃左右）范圍內(nèi)，循環(huán)熱效率隨著熱源溫度的升高而明顯升高 ；循環(huán)工質(zhì) R123 在最高壓力時的飽和溫度限制了透平進口溫度的有效提升，因此，當熱源溫度達到 120℃ -130℃左右，如果進一步提升熱源溫度，循環(huán)熱效率基本保持不變。只有通過進一步提升循環(huán)壓比，才能有效的提升循環(huán)熱效率 ；在系統(tǒng)的最優(yōu)工況條件下，循環(huán)都具有相對較高的（火用）效率 ；升高熱源溫度可以有效提升系統(tǒng)凈輸出功率 ；