【摘要】：作為一種資源豐富、分布廣泛的可再生能源,太陽能的大力開發(fā)利用對節(jié)能減排具有重要意義,已經(jīng)成為解決能源短缺、減少CO2及污染物排放的有效途徑之一。受太陽能能流密度低、間歇以及不穩(wěn)定等自然屬性的影響,現(xiàn)階段太陽能利用面臨發(fā)電效率低、不穩(wěn)定、儲能成本高等難題,嚴重制約了太陽能利用技術的發(fā)展。為此,本學術論文旨在提升太陽能的利用效率、穩(wěn)定性及可靠性,依托國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等研究課題,針對太陽能與清潔燃料熱化學互補利用,分別從太陽能與燃料熱化學品位耦合機理、太陽能熱化學反應建模與分析、原理樣機研制與實驗研究以及系統(tǒng)集成優(yōu)化等方面開展研究工作。基于熱力學與熱化學反應動力學特性,開展了太陽能與燃料熱化學轉(zhuǎn)化全工況品位耦合機制研究。針對太陽能熱化學轉(zhuǎn)化過程,開展全工況下能的品位耦合及不可逆損失機制的研究,分析太陽輻照強度、進料空速變化對太陽能熱化學能質(zhì)耦合規(guī)律的影響。通過研究太陽能熱化學全工況品位耦合機制,分析得出不同運行工況下能量轉(zhuǎn)化不可逆損失變化規(guī)律及形成原因,闡明熱力系統(tǒng)全工況下提質(zhì)增效機制,得出太陽能熱化學互補系統(tǒng)理論太陽能凈發(fā)電效率。構建太陽能聚光-熱-化學反應多場耦合模型,數(shù)值研究中低溫太陽能熱化學轉(zhuǎn)化性能及多場耦合規(guī)律,分析結構參數(shù)及運行參數(shù)對熱化學轉(zhuǎn)化性能的影響。針對基于甲醇分解的太陽能熱化學轉(zhuǎn)化過程,研究熱化學轉(zhuǎn)化特性規(guī)律及多場耦合特性,分析太陽能熱化學吸收/反應器結構參數(shù)及運行參數(shù)對熱化學轉(zhuǎn)化性能的影響,進而為太陽能熱化學吸收/反應器結構及運行調(diào)控參數(shù)的優(yōu)化奠定理論模型基礎。集成太陽能熱化學與化學回熱過程,提出新型的太陽能與清潔燃料熱化學互補的分布式供能系統(tǒng),開展系統(tǒng)熱力學性能、運行調(diào)控策略、全工況性能及集成優(yōu)化研究工作。在太陽能與燃料熱化學互補機理與建模分析的基礎上,提出集成了太陽能熱化學轉(zhuǎn)化及化學回熱過程的多能互補分布式供能系統(tǒng),通過熱化學轉(zhuǎn)化將太陽能及動力余熱升級為燃料化學能,進而實現(xiàn)太陽能及動力余熱的高效利用。面向?qū)崟r變化的太陽能輻照強度和用戶負荷需求,研究了系統(tǒng)的運行調(diào)控策略及變工況運行性能,并以能源利用率、經(jīng)濟性及CO2減排性能為優(yōu)化目標開展系統(tǒng)關鍵單元容量的優(yōu)化設計。系統(tǒng)年均能源利用率達70.22%,輸入太陽能份額為10.39%。相對分產(chǎn)供能系統(tǒng),多能互補系統(tǒng)年燃料節(jié)省率、CO2減排率及成本節(jié)省率分別為3 1.49%、39.18%和6.09%,具有明顯節(jié)能減排及經(jīng)濟性優(yōu)勢。開展了 100 kW太陽能與甲醇熱化學互補發(fā)電樣機的研制、調(diào)試運行、太陽能熱化學轉(zhuǎn)化及互補發(fā)電等實驗研究工作�；谒訖C測試平臺,實驗研究了太陽能熱化學轉(zhuǎn)化規(guī)律,分析太陽輻照強度及甲醇進料空速對太陽能熱化學性能的影響規(guī)律,并研制基于朗伯靶的能流密度測量裝置對吸收/反應器熱流密度分布進行測試,其中,典型運行工況下平均甲醇分解轉(zhuǎn)化率達82.72%,平均太陽能熱化學利用效率達40%;實驗研究互補發(fā)電系統(tǒng)運行調(diào)控方法與變工況發(fā)電性能,首次實現(xiàn)太陽能熱化學轉(zhuǎn)化與動力發(fā)電的聯(lián)調(diào)運行。
【圖文】：

集熱器根據(jù)聚光方式可分為中低溫線集熱器和高溫中心集熱器。前者逡逑多與拋物槽式和菲涅爾式聚光器匹配，后者多與塔式聚光器和碟式聚光器匹配。逡逑相關研究主要針對其結構形式以及表面涂層開展。例如：Ｈｏ等人［１３］對比研宄了逡逑氣體、液體和固體顆粒式中心集熱器，研宄發(fā)現(xiàn)氣體和液體作為集熱工質(zhì)的管式逡逑集熱器具有較好的應用前景，而固體顆粒式集熱器有待進一步提高集熱效率以及逡逑整體性能。在中低溫涂層的研究方面，美國國家可再生能源實驗室［１４１使用物理氣逡逑相沉積法設計并研制了一款新涂層，新涂層較傳統(tǒng)Ｍｏ－Ａｂ0３陶瓷涂層具有更高逡逑的吸收率和更低的發(fā)射率，為光熱電站提供了一種高效、低成本的吸熱涂層。在逡逑高低溫涂層的研究方面，Ｐｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ作為金屬材料，ＡＩ２Ｏ３作為介電材料的逡逑陶瓷涂層［１５］被廣泛研宄，，在１０００°Ｃ下，涂層吸收率可達０．８５以上，發(fā)射率低于逡逑０．２２，且具有良好的穩(wěn)定性，為高溫光熱發(fā)電提供了多種選擇。逡逑如上所述，在不同集熱溫度的集熱器中，所采用的集熱工質(zhì)不同。例如，集逡逑熱溫度低于４００°Ｃ的集熱器通常采用ＴｈｅｒｍｉｎｏｌＶＰ－１型導熱油工質(zhì)，其被廣泛應逡逑用于中低溫光熱電站。與此同時，Ｍｗｅｓｉｇｙｅ等人１１６１在Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ邋ＶＰ－１中添加Ｃｕ、逡逑Ａｇ和ＡＩ２Ｏ３納米顆粒以強化傳熱，研究表明，集熱效率可提高７－１４個百分點。逡逑

存，其流程結構如圖１－４所示�，F(xiàn)階段，針對太陽能水分解、Ｃ0２分解、甲烷千／濕重整、生物質(zhì)的研究工作。通過太陽能熱化學轉(zhuǎn)化過程，將太陽料的化學能當中。針對太陽能熱化學轉(zhuǎn)化過程，分析、熱化學反應動力學、反應器優(yōu)化設計、高與優(yōu)化以及樣機示范等方面的研究工作。逡逑
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK519;TK16;X382.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周家賢;國外木片蔗渣制氣概況[J];化工時刊;1988年04期

2 丁兆軍;舒新前;畢冬冬;;農(nóng)業(yè)廢棄物熱化學轉(zhuǎn)化利用的研究[J];農(nóng)機化研究;2006年11期

3 何品晶,邵立明,陳正夫,顧國維;污水廠污泥低溫熱化學轉(zhuǎn)化過程機理研究[J];中國環(huán)境科學;1998年01期

4 何品晶;顧國維;邵立明;李國建;;低溫熱化學轉(zhuǎn)化污泥制油技術[J];環(huán)境科學;1996年05期

5 胡常偉;羅嘉;曾燕;許勇;童冬梅;;通過分級實現(xiàn)生物質(zhì)的高效定向轉(zhuǎn)化[J];石油化工;2012年03期

6 廖益強;黃彪;陸則堅;;生物質(zhì)資源熱化學轉(zhuǎn)化技術研究現(xiàn)狀[J];生物質(zhì)化學工程;2008年02期

7 ;生物煉制國際學術研討會通知[J];生物加工過程;2007年02期

8 ;生物質(zhì)原料熱化學轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙醇技術加快發(fā)展[J];精細石油化工進展;2008年05期

9 Э.Б.Чекалюк ,張哲儒;關于自然界石油熱化學轉(zhuǎn)化的動力學[J];地質(zhì)地球化學;1976年05期

10 張睿智;羅永浩;殷仁豪;;生活垃圾熱轉(zhuǎn)化過程中C—Cl的形成與抑制[J];環(huán)境科學與技術;2016年S1期

相關會議論文 前1條

1 許光文;董利;劉新華;汪印;王寶群;高士秋;;解耦熱化學轉(zhuǎn)化:方法、技術與研發(fā)現(xiàn)狀[A];中國顆粒學會第六屆學術年會暨海峽兩岸顆粒技術研討會論文集（下）[C];2008年

相關重要報紙文章 前2條

1 陳官輝　陳偉;自創(chuàng)工藝變廢為寶 專利技術點石成金[N];閩北日報;2011年

2 高德運;光澤：做好項目跟蹤服務[N];閩北日報;2011年

相關博士學位論文 前2條

1 劉泰秀;太陽能與清潔燃料熱化學互補機理與實驗研究[D];中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所);2019年

2 宋維健;高堿煤熱化學轉(zhuǎn)化過程中堿金屬遷移轉(zhuǎn)化特性研究[D];中國科學院工程熱物理研究所;2017年

相關碩士學位論文 前7條

1 金濱濱;熱化學轉(zhuǎn)化藻類物質(zhì)制備生物燃料[D];河南理工大學;2015年

2 黎運紅;畜禽糞便資源化利用潛力研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2015年

3 羅蘇鵬;滇池藍藻的熱化學轉(zhuǎn)化試驗研究[D];昆明理工大學;2011年

4 石玉良;玉米秸稈熱解及在甲醇中的熱化學轉(zhuǎn)化研究[D];太原理工大學;2010年

5 陳佳;基于CT無損檢測技術的流化床木塊熱化學轉(zhuǎn)化特性研究[D];安徽工業(yè)大學;2017年

6 高文學;生物質(zhì)流化床氣化制氫大型試驗系統(tǒng)設計與運行[D];天津大學;2006年

7 方麗娜;微藻水熱液化制備生物油的過程控制及分析的研究[D];石河子大學;2015年

本文編號：2623236