本文關(guān)鍵詞：中低溫太陽能與甲醇熱化學(xué)互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)集成　出處：《中國科學(xué)院工程熱物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：能源是人類社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),非可再生化石能源的大量消耗帶來能源供應(yīng)不可持續(xù)性、環(huán)境污染問題和溫室氣體排放問題威脅人類的生存和發(fā)展,發(fā)展以太陽能為代表清潔可再生能源是實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)相融的必由之路。本學(xué)位論文依托國家自然科學(xué)基金等國家重要科研項(xiàng)目,對中低溫太陽能熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)集成開展了深入的研究。針對中低溫太陽能與燃料熱化學(xué)"能量互補(bǔ)、品位耦合"關(guān)鍵問題,開展了多能源互補(bǔ)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化機(jī)理、系統(tǒng)集成的方法與實(shí)驗(yàn)研究�；跓崃W(xué)基本定律和基本關(guān)系式,推導(dǎo)了太陽能與化石燃料熱化學(xué)互補(bǔ)的品位關(guān)聯(lián)式。以中低溫太陽能驅(qū)動(dòng)的甲醇重整反應(yīng)過程為例,開展了拋物槽式太陽能集熱的太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)器的能量轉(zhuǎn)換與化學(xué)反應(yīng)耦合的研究。構(gòu)造了基于槽式集熱能量傳遞與Cu/ZnO/Al2O3催化劑復(fù)雜的重整反應(yīng)動(dòng)力學(xué)耦合模型,建立了甲醇重整制氫的非等溫型太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)器模型,揭示了太陽能熱化學(xué)過程太陽能輻照強(qiáng)度、物料流量與溫度、水碳比等關(guān)鍵參數(shù)對太陽能燃料轉(zhuǎn)換的影響規(guī)律。基于上述機(jī)理研究與化學(xué)能與物理能綜合梯級利用原理,集成了具有化學(xué)回?zé)岷突瘜W(xué)蓄能功能的中低溫太陽能與甲醇互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng),對系統(tǒng)的熱力性能和變工況性能展開研究,提出變輻照條件下系統(tǒng)調(diào)控方法,使系統(tǒng)在寬的太陽輻射強(qiáng)度條件下具有穩(wěn)定的多功能冷熱電輸出。開發(fā)了低聚光比拋物槽式太陽能聚光集熱跟蹤模擬程序,研究了槽式太陽能集熱器南北基準(zhǔn)部分旋轉(zhuǎn)跟蹤方式特性,通過模擬研究了不同緯度下四季典型日南北基準(zhǔn)部分旋轉(zhuǎn)跟蹤方式在不同極限旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的跟蹤性能和全年跟蹤性能,獲得了部分旋轉(zhuǎn)跟蹤方式的特性規(guī)律,為太陽能熱化學(xué)發(fā)電系統(tǒng)的鏡場布置提供參考。設(shè)計(jì)并搭建了 100 kW中低溫太陽能熱化學(xué)發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺,實(shí)驗(yàn)平臺包括甲醇存儲與給料系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱回收與甲醇蒸發(fā)系統(tǒng)、甲醇管路伴熱保溫系統(tǒng)、中低溫太陽能熱化學(xué)燃料轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、合成氣冷凝與甲醇分離回收系統(tǒng)、化學(xué)蓄能系統(tǒng)、合成氣增壓系統(tǒng)、富氫燃料內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)采集平臺,以及數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。開展了初步的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為中低溫太陽能與甲醇熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的研究工作和工程化推廣提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與支撐。
[Abstract]:Energy is the material basis for human existence and development, large consumption of non renewable fossil energy to bring energy supply sustainable, environmental pollution and greenhouse gas emissions threat to human survival and development, the development of clean and renewable energy represented by solar energy is the only way which must be passed of human development and environmental harmony. Based on the National Natural Science Foundation and other important national research projects, this dissertation has carried out in-depth research on the integration of mid low temperature solar thermal chemical complementary power generation system. Aiming at the key problems of solar energy and fuel thermochemistry "energy complementarity and grade coupling" at middle and low temperature, the energy conversion mechanism and system integration method and experimental research of multi energy complementarity system were carried out. Based on the basic laws of thermodynamics and basic relations, the grade correlation of the thermochemistry of solar energy and fossil fuels is derived. Taking the methanol reforming process driven by medium and low temperature solar energy as an example, the energy conversion and chemical reaction coupling of solar energy thermochemical absorption / reactor with parabolic trough solar collector were studied. Constructed trough type solar energy transfer reforming reaction kinetics model coupled with Cu/ZnO/Al2O3 catalyst was established based on complex / non isothermal absorption type solar thermochemical methanol reforming reactor model, reveals the solar thermochemical process solar radiation intensity, the material flow and temperature, ratio of water to carbon and other key parameters influencing solar fuel conversion the. The mechanism of chemical energy and physical energy based on the principle of cascade utilization, integrated with distributed energy system in low temperature methanol and solar complementary chemical thermal and chemical storage function, study on the thermal performance of the system and variable working conditions, put forward the irradiation condition system control method, the system has many functions cold and heat stable output in the solar radiation intensity under the condition of wide. The development of the low concentration ratio of parabolic trough solar concentration tracking simulation program of the trough solar collector north-south reference part rotation tracking mode characteristic, different latitudes throughout the north and south part of the typical daily reference tracking mode in different rotation limit rotation angle tracking performance and the tracking performance is studied through simulation, obtained the characteristics of rotating tracking mode, provide a reference for the mirror field arrangement of solar thermochemical power generation system. Design and build the low-temperature solar thermochemical generation experimental platform of the 100 kW experimental platform including methanol storage and feeding system, waste heat recovery of flue gas and methanol diesel methanol evaporation system, pipeline heat insulation system, low-temperature solar thermochemical fuel conversion system, synthetic gas and methanol separation condensate recovery system, energy storage system, chemical synthesis gas pressurization system, hydrogen rich fuel power generation system of internal combustion engine, meteorological data acquisition platform, and data acquisition and control system. Preliminary experimental verification is carried out, providing data basis and support for research and engineering promotion of mid low temperature solar and methanol thermochemical hybrid power generation technology.
【學(xué)位授予單位】：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】：2017
【分類號】：TK01;TK51

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本文編號：1346488