【摘要】：太陽能熱發(fā)電因其連續(xù)穩(wěn)定的潛力被認為是可再生能源規(guī)�；玫闹匾较颉５柲芄鉄岚l(fā)電當前仍存在著年均發(fā)電效率低,發(fā)電成本高的問題。對此,將太陽能與化石能源綜合互補,利用化石能源高效發(fā)電提升太陽能凈發(fā)電效率就成為發(fā)展太陽能的一個有效途徑。此外,太陽能聚光集熱過程是太陽能化石能源互補及太陽能光熱發(fā)電的關(guān)鍵過程。該過程能的損失大,效率低一直是聚光太陽能熱利用的重要難題。本學(xué)位論文依托國家基礎(chǔ)研究項目計劃(973項目)及中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目等重要科技項目,針對光煤互補發(fā)電的多能互補系統(tǒng)分析評價及關(guān)鍵太陽能聚光集熱過程,開展了多能源互補評價、槽式太陽能聚光集熱能損減少的理論及實驗研究。目前光煤互補發(fā)電系統(tǒng)的研究多是針對于具體機組、具體互補形式的案例型研究。所采取的分析評價方法以及取得的分析結(jié)果直接推廣至其他形式存在一定限制。本研究不再受具體光煤互補形式及機組的限制,建立了光煤互補發(fā)電系統(tǒng)的統(tǒng)一物理模型,分別得出了適合各類光煤互補發(fā)電系統(tǒng)的“節(jié)煤系數(shù)”和太陽能凈發(fā)電效率提升“增效因子”的解析表達式。進一步探究光煤互補發(fā)電系統(tǒng)燃煤節(jié)省的“疊加效應(yīng)”與太陽能凈發(fā)電效率提升的“增效作用”。最后,綜合燃煤節(jié)省的“節(jié)煤系數(shù)”以及太陽能凈發(fā)電效率提升的“增效因子”解析式,給出了光煤互補發(fā)電系統(tǒng)的綜合評價因子,實現(xiàn)了光煤互補發(fā)電系統(tǒng)相互間的綜合評價與比較。由于聚光鏡方位不能隨太陽方位協(xié)同變換,槽式太陽能單軸跟蹤過程存在聚光集熱損失大,年均聚光集熱效率的問題。此外,二維槽式跟蹤由于機械復(fù)雜度過高等實際問題難以大規(guī)模應(yīng)用。對此,提出槽式太陽能聚光鏡方位角與太陽方位部分協(xié)同變換的廣角跟蹤方式。該方式既可減少太陽能聚光集熱過程能量損失,提升聚光集熱效率。同時較機械復(fù)雜度高的二維跟蹤具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。在此建立了槽式廣角跟蹤聚光集熱過程物理模型。以槽式聚光鏡接收有效輻射量最大為目標,得到了全緯度范圍內(nèi)槽式太陽能廣角跟蹤主動調(diào)控方法,并開展了實驗驗證。綜合槽式太陽能廣角跟蹤運行調(diào)控方法,設(shè)計并研制300 kWth槽式太陽能廣角跟蹤聚光集熱平臺。基于該平臺,對槽式太陽能聚光集熱過程能損減少及廣角跟蹤聚光方式展開了實驗研究。實驗結(jié)果顯示廣角跟蹤可將槽式太陽能冬季聚光集熱效率提升10個百分點,全年聚光集熱效率可實現(xiàn)5個百分點提升。進一步開展了槽式聚光集熱過程的不可逆損失實驗研究,發(fā)現(xiàn)聚光過程不可逆損失在冬季占總損失的70%。廣角跟蹤正是通過聚光過程不可逆損失減小實現(xiàn)聚光集熱性能提升。在此基礎(chǔ)上,針對槽式聚光光學(xué)/散熱損失難于現(xiàn)場直接測量的問題,提出具有通用性的直接測試方法。將方法應(yīng)用于300 kWth槽式太陽能實驗平臺,驗證方法有效性。測得實驗臺光學(xué)效率為70.7 7%,表明設(shè)計研制的槽式太陽能試驗臺具有良好的光學(xué)性能。太陽輻照瞬時變動會直接影響槽式太陽能聚光集熱量、集熱溫度等參數(shù)。對于以無儲能為特色的光煤互補系統(tǒng),該影響會直接傳遞至光煤互補系統(tǒng)中,對系統(tǒng)性能及安全性造成影響。對此,本研究為實現(xiàn)槽式太陽能聚光集熱穩(wěn)定可控,提出了主動散焦的跟蹤方式。并將主動散焦方式與可提升槽式太陽能聚光集熱性能的廣角跟蹤相結(jié)合,進一步提出槽式太陽能復(fù)合調(diào)控方法。基于300 kWth槽式太陽能廣角跟蹤聚光集熱平臺,通過實驗驗證廣角-主動散焦的槽式太陽能復(fù)合調(diào)控方法有效性。實驗結(jié)果表明在輻照強度瞬時變動35%情況下,復(fù)合調(diào)控的槽式太陽能鏡場可將聚光集熱量波動控制設(shè)計值附近2%以內(nèi),驗證了復(fù)合調(diào)控方法有效性。之后,將驗證過的復(fù)合調(diào)控方法應(yīng)用于光煤互補系統(tǒng)案例之中,同參比系統(tǒng)相比,復(fù)合調(diào)控DSG光煤互補系統(tǒng)的太陽能凈發(fā)電效率、污染氣體減排及太陽能度電成本等性能、環(huán)境及經(jīng)濟性方面全面占優(yōu)。證明了復(fù)合調(diào)控方法對于光煤互補系統(tǒng)綜合性能的提升。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM615
【圖文】：

．。逡逑塔式聚光集熱是一種點聚焦聚光集熱技術(shù)。如圖１－ｌｃ所示，塔式聚光集熱逡逑過程是利用廣布的雙軸跟蹤定日鏡將太陽光反射至鏡場中心的塔頂，于塔頂?shù)奈义蠠崞魈幫瓿晒鉄徂D(zhuǎn)換。由于采用點聚焦技術(shù)，塔式聚光集熱的聚光比（３００？１５００）逡逑及聚光集熱溫度（８００？１２００°Ｃ）較槽式及菲涅爾更高。因此其多采用熔鹽、水等逡逑耐高溫的傳熱介質(zhì)。此外，由于更高的聚光集熱溫度，塔式聚光集熱可以驅(qū)動更逡逑高溫度的動力循環(huán)，故較線聚焦技術(shù)具有更高理論效率。目前，全世界在役塔式逡逑光熱發(fā)電站裝機總量為０．７７邋ＧＷ，在建的塔式光熱發(fā)電站裝機總量為２．４３邋ＧＷ逡逑［９］逡逑0逡逑

為降低反應(yīng)溫度，有學(xué)者提出的利用太陽能多步熱化學(xué)循環(huán)間接分解水制氫逡逑的方法獲得了廣泛關(guān)注。在多種太陽能熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫方法中，比較典型逡逑的是金屬／金屬氧化物兩步循環(huán)水解制氫方法［２２］。該方法基本過程如圖１－２［２３１所逡逑示。首先，在較低溫度下水與低價金屬氧化物／金屬發(fā)生反應(yīng)，釋放氫氣。之后，逡逑在較高溫度下，金屬單質(zhì)／低價金屬氧化物被還原，釋放氧氣。以上兩步反應(yīng)形成逡逑循環(huán)。金屬／金屬氧化物兩步分解水制氫可將反應(yīng)溫度降至１５００邋°Ｃ以下，具有逡逑較高的理論效率（８２％［２４］）。此外，該方式實現(xiàn)光解水制氫的同時還實現(xiàn)了氫氧分逡逑離。但是，兩步法反應(yīng)的金屬須在熔融狀態(tài)下才能與水發(fā)生反應(yīng)。該狀態(tài)下金屬逡逑極易在表面形成致密的氧化膜，阻礙反應(yīng)的進一步進行。金屬氧化物分解為金屬逡逑單質(zhì)和氧氣時，為避免金屬被進一步氧化，還需對金屬進行速冷。該過程導(dǎo)致高逡逑溫金屬顯熱的大量流失

太陽能熱解水或驅(qū)動甲烷重整所需反應(yīng)溫度較高，輻射熱損失較大，在反應(yīng)逡逑器設(shè)計及材料耐受性存在著諸多挑戰(zhàn)。對此，本研究團隊金紅光院士在２００５年逡逑率先提出了太陽能驅(qū)動甲醇裂解的發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)整個流程如圖１－３所示％。逡逑２００？３００邋°Ｃ溫度太陽熱驅(qū)動甲醇裂解產(chǎn)生合成氣（氫氣、一氧化碳）。藉此，低逡逑品位的太陽熱能可轉(zhuǎn)化為高品位的化學(xué)能。通過燃氣輪機或內(nèi)燃機等高參數(shù)熱功逡逑循環(huán)，合成氣化學(xué)能高效率地轉(zhuǎn)化為電能向外供應(yīng)。整個過程中，低品位的太陽逡逑能通過甲醇裂解轉(zhuǎn)化提升至燃燒熱能的品位并被高效利用，因此整個系統(tǒng)的太陽逡逑能凈發(fā)電效率可達到３５％［３３］。逡逑ｖＶ逡逑Ｍｉｄｄｌｅ邋ｌｅｍｐｅｒａｌｕｒｃ邐．邋（邋ｙ邋＿逡逑ｓｏｌａｒ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ逡逑／；邐邋邐＾逡逑ｊ邋＾邐｜－邋—邋—邋－？■邐Ｓｙｎｇａｓ邋３逡逑Ｉ邋ｘｌ邋ＲＣＫ，ｏｒ邐ｎ逡逑｜邋Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ邋／，邐邐邋邐逡逑ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋／邐２邋Ｃｏｍｐｒｃｖ＊ｏｒ邋ＣｏｍｈｕＭｏｒ邋＾邋Ｇａｓ邋Ｕｉｒｂｉｎｅ逡逑＼邐ｐｉ—逡逑＼ｙ邐１邋Ｉ￣￣邐Ｓｌｃａｉｎ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑ｃｈ；ｈ］Ｔ邋Ａｉ，邋ｉｒ邐ＣＦ？逡逑ＩＩ邋ＨＲＳＧ逡逑＇ｋ邋Ｐｕｍｐ邋Ｃｏｍｋｎｓｏｒ逡逑圖１－３太陽能驅(qū)動甲醇裂解發(fā)電系統(tǒng)示意圖逡逑基于上述研究成果，本研宄團隊于河北廊坊進一步搭建了邋１００ｋＷｔｈ太陽能甲逡逑醇熱化學(xué)互補原理樣機（圖１－４）。該原理樣機采用吸熱／反應(yīng)器一體化設(shè)計

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳曄;毫米波雷達低角跟蹤應(yīng)用分析[J];艦船電子對抗;2000年04期

2 錢崇智;低空定角跟蹤方法及其試驗結(jié)果[J];上海航天;1989年06期

3 馮子昂;胡國平;周豪;師俊朋;;陣列雷達低角跟蹤技術(shù)分析與展望[J];飛航導(dǎo)彈;2016年03期

4 李珂;;一種雙通道角跟蹤的快速校相方法[J];電訊技術(shù);2007年06期

5 胡福昌;電子角跟蹤導(dǎo)引頭技術(shù)及其應(yīng)用前景[J];上海航天;2004年01期

6 龐岳峰;褚福勇;張凱;;遙測接收站角跟蹤信號模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)[J];電子科技;2015年02期

7 孫國平;;雷達低角跟蹤[J];艦船電子對抗;2007年03期

8 張小紅,楊敏;雷達低角跟蹤技術(shù)研究[J];現(xiàn)代雷達;2004年11期

9 唐慶國;利用光電校正來改善火控雷達的低角跟蹤性能[J];艦船電子對抗;2001年04期

10 張化良;趙剡;;角跟蹤電路測試系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J];航空兵器;2006年06期

相關(guān)會議論文 前1條

1 唐建生;孫超;錢漢明;;基于時延估計的任意陣列單目標角跟蹤試驗研究[A];中國聲學(xué)學(xué)會2003年青年學(xué)術(shù)會議[CYCA'03]論文集[C];2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王瑞林;光媒互補系統(tǒng)評價方法與變輻照聚光集熱主動調(diào)控機制[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 施勇培;光電與雷達低角跟蹤數(shù)據(jù)融合技術(shù)[D];西安電子科技大學(xué);2006年

2 張晏旭;高速星地數(shù)據(jù)鏈中角跟蹤技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

3 余曉川;亳米波寬帶角跟蹤接收機研究與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 王珊珊;單通道角跟蹤接收機基帶信號處理技術(shù)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

5 王愷宇;自動角跟蹤中頻數(shù)字接收機設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2013年

6 王曉燕;高速運動目標雷達成像與角跟蹤算法研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

7 郭鑫;角跟蹤接收機相關(guān)檢測技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

8 張鵬;高動態(tài)、低信噪比條件下基于PCM/FM遙測信號的角跟蹤技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

9 王義峰;3mm波主動導(dǎo)引頭的角度測量與跟蹤[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

10 王剛;脈沖多普勒導(dǎo)引頭角跟蹤系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號：2805119