首先提出并建立一套具有普适性的ISCC系统理论模型，并基于该模型推导燃料节省因子理论表达式。揭示ISCC系统集成中重要的“分配效应”，最后扩展了前期工作提出的“叠加效应”在ISCC系统中的应用，说明系统的总燃料节省因子是由“基本”项、“浮动”项和“桥接”项的叠加综合决定的。得到的研究结果具有普适性，为未来复杂太阳能互补多循环系统研究应用提供了理论指导。
基于品位耦合的太阳能互补联合循环发电系统集成评价理论
施瑶璐，张振文，孙 杰，魏进家
西安交通大学 化学工程与技术学院
1）基于㶲分析提出了ISCC系统统一模型，从理论推导得到普适性评价指标——燃料节省因子的统一表达式，并验证了模型及统一表达式的可靠性与准确性。
2）揭示了燃料节省因子统一表达式中的分配效应，即分配给布雷顿循环和朗肯循环的总输入㶲的比例因太阳能投入位置而有条件地变化。
3）扩展了叠加效应，即系统总燃料节省因子由基本项、浮动项和桥接项叠加后综合决定。
太阳能互补联合循环（ISCC）系统被认为是高效利用太阳能与化石能源的最有前景的途径之一。大多数ISCC系统研究均提出了具体的集成方案，结论仅适用于特定系统，缺乏评价不同ISCC系统性能的统一理论。在整个ISCC系统内，布雷顿循环与朗肯循环相互作用，太阳能热形式的投入对循环内部与循环之间的作用机理缺乏研究验证。
研究内容
提出并建立一套具有普适性的ISCC系统理论模型。重点在于基于㶲分析理论推导得到统一性评价指标——燃料节省因子理论表达式，围绕该表达式进行验证与应用评估。然后基于能量品位耦合思想，揭示了ISCC系统集成中的“分配效应”，即分配给布雷顿循环和朗肯循环的总输入㶲的比例因太阳能投入位置而有条件地变化。最后扩展了前期工作提出的“叠加效应”在ISCC系统中的应用，说明系统的总燃料节省因子是由“基本”项、“浮动”项和“桥接”项的叠加综合决定的。该研究结果具有普适性，为未来复杂太阳能互补多循环系统研究应用提供理论指导。
研究结论
1）基于㶲分析提出了ISCC系统统一模型，该模型涵盖了将太阳能集成到布雷顿循环与朗肯循环的不同系统方案。从理论推导得到普适性评价指标—燃料节省因子的统一表达式，包括燃料节省型与功率增强型2种ISCC系统形式，并验证了模型及统一表达式的可靠性与准确性。
2）揭示了燃料节省因子统一表达式中的分配效应，即分配给布雷顿循环和朗肯循环的总输入㶲的比例因太阳能投入位置而有条件地变化。
3）课题组前期工作提出的叠加效应在本文得到扩展，即系统总燃料节省因子由基本项、浮动项和桥接项叠加后综合决定。基本项表明太阳能投入带来的直接效益，浮动项代表太阳能投入对系统中每个主要组件的浮动影响，桥接项代表太阳能投入后隐含的循环间影响。
4）本工作可为光煤互补电站设计及各类燃煤燃气电站的优化改造提供理论指导，能直接或间接减少化石燃料使用，优化化石燃料使用结构。
图1 ISCC系统示意
图2 ISCC系统加热段能量分析示意
图3 不同类型系统温熵图
图4 分配效应示意
图5 叠加效应示意
表1 ISCC系统案例计算参数
引用格式：
施瑶璐，张振文，孙杰，等.基于品位耦合的太阳能互补联合循环发电系统集成评价理论[J].洁净煤技术，2022,28(11):64-72.
SHI Yaolu，ZHANG Zhenwen，SUN Jie，et al.Theoretical study on evaluation of integrated solar combined cyclesystem based on energy level coupling[J].Clean Coal Technology，2022,28(11):64-72.
通讯作者
孙杰，西安交通大学化学工程与技术学院研究员。长期从事太阳能光热转化、存储与利用过程中的关键技术与系统集成研究。作为负责人，先后主持国家重点研发/973计划子课题3项、国家自然科学基金3项及省部级及企业横向项目/课题10余项。研究成果发表在Renew Sust Energ Rev、Appl Energy、Energ Convers Manag、Energy、Renew Energ、Appl Catal B-Environ、J Energy Chem、J Catal等权威国际期刊，其中多篇入选ESI热点/高被引论文及期刊封面论文，授权国家发明专利22项，软件著作权1项。曾受Elsevier、科学出版社等邀请撰写多部中英文学术论著章节。目前担任中国可再生能源学会青年委员会委员，J Therm Sci编委/客座编辑，Appl Sci - Basel主题编辑。曾入选中国科学院青年创新促进会会员及西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”。
