發(fā)布時間：2021-01-20 06:04

　　隨著全球能源需求的快速增長,傳統(tǒng)化石能源的大量使用導(dǎo)致的溫室效應(yīng)和大氣污染等環(huán)境問題與能源安全問題日益嚴(yán)峻,因此迫切需要開發(fā)清潔能源部分或完全替代現(xiàn)有的化石能源。太陽能是儲量豐富的可再生能源,因其清潔、取之不盡用之不竭的優(yōu)點而備受關(guān)注。但是目前太陽能利用仍面臨效率低、成本高以及供能不穩(wěn)定等問題。這一方面是受制于太陽能的間歇性與不穩(wěn)定的特點;另一方面是太陽能向其它形式能量的轉(zhuǎn)換利用過程中存在較大不可逆損失,其相關(guān)過程缺少理論指導(dǎo)。本學(xué)位論文依托國家自然科學(xué)基金與國家重點研發(fā)計劃等科研課題,探索了太陽能高、中溫?zé)峄瘜W(xué)理論,并搭建了相關(guān)的實驗平臺,分析了太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)中限制效率提升的瓶頸問題,提出太陽能利用效率的提升機(jī)理,建造了通用太陽模擬器實驗平臺,并依托太陽模擬器進(jìn)行了相關(guān)實驗研究。本文的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:1.從能的品位出發(fā),探索了太陽能-化學(xué)能過程中的能量轉(zhuǎn)換與損失機(jī)理;采用溫-熵圖分析方法對太陽能高溫?zé)峄瘜W(xué)循環(huán)進(jìn)行分析,分析太陽能熱化學(xué)循環(huán)過程中聚光比、溫度、壓力、運行模式等關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響;最后從減小太陽能利用不可逆損失與提升太陽熱能品位的角度,提出了太陽能熱化學(xué)方法中... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?ＩＥＡ２０１１年關(guān)于世界能源隨時間的變化??

能熱化學(xué)方法具有全光譜利用太陽能的優(yōu)勢。其主要原理是通過熱化學(xué)反應(yīng)過程，??利用聚焦的太陽能驅(qū)動吸熱的化學(xué)反應(yīng)，將聚集的太陽能轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)??能，其主要的技術(shù)路線如圖１－２所示［１４Ｌ主要分為太陽能與傳統(tǒng)化石能源互補(bǔ)的??中、低溫?zé)峄瘜W(xué)方法和太陽能直接分解水或二氧化碳的高溫?zé)峄瘜W(xué)方法兩種類型。??相比于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，熱化學(xué)方法理論上除了輻射損失一部分能量之外，??其余的能量都可以轉(zhuǎn)換為燃料的化學(xué)能，因此其具有較高的太陽能－化學(xué)能效率??的潛力，是太陽能利用中最有前景的方式之一。??？??Ｃｏｎｃａｎｔｒａｔｅｄ??Ｓｏｔａｒ?Ｅｒｗｒｇｙ??Ｈ２０／Ｃ０２－ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?Ｄｅｃａｒｔｏｎｉｚａｔｉｏｎ??：／ｌ．?＾＿＿，：?！?，?１，?１?＼?Ｉ?ＴＴＴ！??！?Ｓｏｉａｒ?ｔｖ?Ｓ〇ｂｒ?．，丨?丨?Ｓｏｂｒ?Ｓｏｌａｒ?［??；Ｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ?Ｔ＊ＷｒＪ＾ｍＣａｌ?；?；?Ｃｒａｃｋｉｎｇ?Ｒ？ｆｏｍｔｈｉｇ?Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?？??Ｓｏｌａｒ?Ｆｕｅｌｓ??圖１－２太陽能熱化學(xué)燃料轉(zhuǎn)換方法Ｍ??太陽能熱化學(xué)研究是一種重要的太陽能熱利用方式，主要分為低溫?zé)峄瘜W(xué)、??中溫?zé)峄瘜W(xué)與高溫?zé)峄瘜W(xué)三個領(lǐng)域，其主要利用太陽能來生產(chǎn)燃料，將太陽能轉(zhuǎn)??換為燃料的化學(xué)能。太陽能低溫?zé)峄瘜W(xué)溫度一般在２００？３００°Ｃ

?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ａｔｍ）??圖１－３甲烷重整的熱力學(xué)轉(zhuǎn)化率Ｍ??圖１－３為甲烷干濕重整在不同反應(yīng)條件下（溫度、壓力），反應(yīng)達(dá)到熱力學(xué)??平衡狀態(tài)時甲烷的理論轉(zhuǎn)化率。從圖中可以看出，當(dāng)重整反應(yīng)壓力為ｌａｔｍ，溫??度為８００°Ｃ時，甲烷的濕重整的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)到達(dá)１００％，千重整的轉(zhuǎn)化率接近９０％。??但在實驗反應(yīng)中由于反應(yīng)的動力學(xué)限制，其實際轉(zhuǎn)化率通常遠(yuǎn)低于此數(shù)值（比如??５０％），因此甲烷重整反應(yīng)一般都需要使用催化劑來加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)系??統(tǒng)的動力學(xué)性能，使之能夠接近熱力學(xué)結(jié)果。??甲烷重整制氫反應(yīng)多以負(fù)載型金屬催化劑最為常見，按金屬活性組分可分為??貴金屬和非貴金屬兩類。催化劑一般附著在Ａ１２０３、Ｚｒ０２及Ｃｅ－Ｚｒ０２等載體上。??載體的作用是增加催化劑整體比表面積和保證良好傳熱傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，有利于反應(yīng)物??質(zhì)在催化劑表面吸附

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]國外大型太陽模擬器研制技術(shù)概述[J]. 楊林華,李竑松.  航天器環(huán)境工程. 2009(02)
[2]稀土鈣鈦礦催化劑制備方法的研究進(jìn)展[J]. 冉銳,吳曉東,翁端.  稀土. 2004(05)



本文編號：2988527