太阳能斯特林热发电系统光热转化热效率的研究

【摘要】：太阳能热发电是当前新能源领域最为热门的话题之一。“碟式聚光+斯特林热机”的发电模式因具有高效、清洁、无污染的特点而日益受到重视。光热能量的转化是系统热发电中最为重要的关节，其热效率的高低直接决定了热发电系统的经济效益和发展前景。本文以38KW级别的太阳能斯特林热发电系统为研究对象，围绕系统光热转化的热效率进行机理和数值分析的深入研究。 本文首先对太阳能斯特林热发电系统光热能流的产生以及传递和转化路径进行了分析，将系统划分为光热碟式聚能单元和热功斯特林热机单元，并对各单元功率损失规律和热效率进行了定性分析；然后，根据斯特林热机系统热功传递和转换原理，利用热力学理论和实用等温分析法，建立了太阳能光热碟式聚能单元输入光能到输出热能、热功斯特林热机单元输入热能到输出机械能的能流功率损失与热效率的精细数学模型，所建的模型与各单元的众多结构参数和运行参数密切相关，以38KW级别的太阳能斯特林热发电系统为实例，运用MATLAB数值分析软件，数值分析了各单元的能量损失，得到了各单元能量损失的显著性结果及结构、运行参数和热功率损失及热效率之间的特性关系；最后，对各单元部件功率损耗的显著性影响进行了分析，得出了回热器是功率损耗影响最大的部件，以提高光热转化热效率为目的，对回热器进行了结构参数的优化研究。 研究结果表明，聚光器的光学损失、吸热器的再辐射热损失和反射热损失是光热碟式聚能单元的主要热损失；回热器流阻损失、导热损失和活塞的穿梭传热损失是热功斯特林热机单元主要功率损失；各单元的功率损失和热效率与其内部的多种结构参数和运行参数密切相关，光学误差δ、吸热器开口直径Dap是影响光热碟式聚能单元功率损失和热效率的结构参数；太阳直射强度I、平均压力P是影响热功斯特林热机单元功率损失和热效率的主要运行参数。当回热器芯长度为3.3cm、芯直径为6.6cm、填料采用不锈钢丝网，孔隙率为0.708时，总功率损失的降幅比例为14.86%。各单元热效率得到提高，从而提高了系统整体光热转化的热效率。 通过对太阳能斯特林热发电系统光热转化热效率的研究，其得出的众多研究成果对设计一类高效、可靠、稳定工作的系统能提供理论支撑和指导意义。 【关键词】：太阳能斯特林热发电系统 光热转化效率 功率损失 数值分析 回热器的结构参数优化
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景和意义13-16
• 1.2 国内外研究与发展现状16-19
• 1.2.1 关键技术的研究与发展16-17
• 1.2.2 系统性能分析方法的研究与现状17-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第二章 光热能流转化特征及功率损耗特性分析21-32
• 2.1 光热能流转化与传递特征21-22
• 2.2 光热能流转化单元的结构及工作原理22-30
• 2.2.1 光热碟式聚能单元的结构及基本原理22-26
• 2.2.2 热功斯特林热机单元结构及基本原理26-30
• 2.3 光热能流转化功率损耗特性分析30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 光热能流转化单元机理分析及热效率模型构建32-50
• 3.1 光热碟式聚能单元传热机理及热效率模型32-37
• 3.1.1 光热碟式聚能单元传热机理32-33
• 3.1.2 光热碟式聚能单元功率损失及计算33-37
• 3.1.3 光热碟式聚能单元热效率数学模型37
• 3.2 热功斯特林热机单元传热机理及热效率模型构建37-49
• 3.2.1 热功斯特林热机单元传热机理37-38
• 3.2.2 热功斯特林热机单元功率损失及计算38-44
• 3.2.3 热功斯特林热机单元热效率模型构建44-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 光热能流转化单元功率损失及热效率数值分析50-65
• 4.1 数值分析软件介绍50
• 4.2 光热碟式聚能单元功率损失及热效率数值分析50-56
• 4.2.1 实例单元结构与性能参数50-51
• 4.2.2 功率损失及热效率51-53
• 4.2.3 关键因素的影响显著性分析53-56
• 4.3 热功斯特林热机单元功率损失及热效率数值分析56-63
• 4.3.1 实例单元主要结构及运行参数56-57
• 4.3.2 功率损失及热效率计算流程图57-58
• 4.3.3 功率损失及热效率58-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 基于热效率最大的光热能流转化单元部件的结构参数优化65-73
• 5.1 光热能流转化单元部件功率损耗的影响分析65
• 5.2 回热器结构参数的优化65-72
• 5.2.1 优化变量的确定66
• 5.2.2 目标函数的建立66-68
• 5.2.3 约束条件的范围68-69
• 5.2.4 优化方法的选择69-70
• 5.2.5 计算结果及分析70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 全文结论73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 附录 A：攻读学位期间参研项目和发表论文目录80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

小型斯特林制冷机回热器热损分析    谢英柏;徐周璇;论立勇;刘迎福;

斯特林制冷机中蓄冷器的程序化设计    陈曦;武卫东;赵巍;王芳;张华;吴亦农;

卡诺热机的最佳效率与功率间的关系    严子浚

斯特林热机的基本优化关系及功率和效率界限    严子浚,苏国珍

交变流动下丝网回热器中压降特性的数值分析    高凡;何雅玲;刘迎文;

碟式太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙;唐大伟;李铁;苏国萍;

旋转抛物面聚光器焦面能流分布的有限元分析    刘颖;戴景民;郎治国;辛春锁;

抛物碟式太阳能聚光器的聚光特性分析与设计    王云峰;季杰;何伟;陈海飞;

5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究    杜景龙;唐大伟;李志刚;

碟式太阳能热发电系统中吸热器温度场模拟    廖葵;龙新峰;

1kW斯特林发动机的实验研究及热力学分析    杨泰蓉

混合热阻条件下不可逆卡诺热机的优化性能    陈文振,孙丰瑞,周猛,陈林根,陈少棠

熔融盐相变储热材料的研究现状及发展趋势    路阳;彭国伟;王智平;王克振;马榕彬;

斯特林发动机的研究与发展    许行;宋鸿杰;

国产太阳能硅单晶生长设备的应用研究    杨润,李留臣

太阳能模拟电加热器的研究    魏毅立;高敏;杨勇;

非线性传热规律下卡诺热机的最佳利润与效率关系    章学来

基于槽式集热器中抛物线的量化分析模型    余雷;王军;张耀明;

联合动力装置的有限时间热力学的最优性能    陈林根，孙丰瑞，陈文振

关于三热源制冷机等效联合系统的再讨论    李继坤

评“关于三热源制冷机等效联合系统的讨论”    严子浚

绿色汽车的构想    李海燕;孟文俊;

新能源发电技术综述    李永东;苑国锋;高跃;

带跟踪系统的太阳能加热装置促进沼气生产的研究(英文)    Hassanein A A M;张铎;邱凌;

小型蝶式太阳能斯特林发动机回热器的流阻分析    郭永飞;陈曦;张华;庞常伟;刘颖;

深空探测同位素电源技术研究    陈雪;张梦炎;钱子勍;

家庭用微型热电联产技术    金炼;解东来;

光敏剂的制备及其在多孔TiO_2纳米材料中的附载工艺研究    巩运兰;李菲晖;张弘青;侯荣珍;王郑;

有机基太阳能电池中有序结构材料及其界面和性能    杨志胜

太阳能热光伏系统机理与实验研究    陈雪

分布式发电条件下配电系统保护原理研究    孙景钌

槽式太阳能直接蒸汽热发电系统性能分析与实验研究    杨宾

面向用户的产品质量设计与热气机开发应用研究    吉晓民

两类回热式热力学循环性能的研究    何济洲

传热、传质对三源热力循环性能影响的研究    林国星

生物质气化洗焦废水的微生物降解研究以及生物质稀酸水解液的乙醇发酵研究    田沈

布雷顿循环和布朗马达的优化性能研究    张悦

基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机的基础研究    刘宏升

三相光伏并网发电系统研究    雷家宁

金属空气燃料电池聚合物电解质的合成    刘毅

一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究    刘凤龙

太阳能高效吸热陶瓷材料的研究    刘孟

太阳能温差发电的研究    颜军

光伏发电并网系统中的逆变技术研究    王彬

铝二次电池离子液体电解液及介孔炭/硫正极材料的研究    岳竞慧

基于Fuzzy和重复PI控制的光伏并网发电系统的研究    孙晓玲

寒冷地区村镇住宅建筑太阳能采暖系统研究    康玉东

超级电容器储能系统在光伏发电系统中的研究与应用    彭道福

AIP达到成熟阶段    张应朝

瑞典——新型SE-AIP潜艇的先驱    方正,沈建清

AIP方案——现代常规潜艇动力推进系统配置选择趋势    郭国才

高频微型脉冲管制冷机的设计计算方法研究    侯宇葵,巨永林,周远,孙力勇,王伦,梁惊涛

斯特林制冷机中蓄冷器的程序化设计    陈曦;武卫东;赵巍;王芳;张华;吴亦农;

回热器工作的热声机理    郭方中，邓晓辉

牛津型斯特林制冷机回热器特性的理论研究    张存泉,吴亦农,徐烈,刘东毓

热漏对内可逆卡诺循环性能的影响    田鑫泉，严子浚

从有限热源获得最大功率输出时的循环效率    严子浚

卡诺热机的最佳效率与功率间的关系    严子浚

5kW点聚焦太阳能斯特林发电系统的性能分析    高瑶

斯特林发动机及碟式太阳能热发电系统的模拟和优化    杨征

太阳能斯特林热气机热交换系统的设计与研究    赵耀

光热发电万亿涌动    王赵宾;

光热发电比光伏有更好的前景    高峰;

我国光热发电从幕后走向台前    高峰;

光热发电将成为新能源的焦点    

中低温废热发电的思路与方法    于淑梅,傅松,王健

太阳能塔式热发电技术    洪亮;多吉;王海江;旦增罗布;王守彪;李金祥;

德国科学家研究水泥蓄热发电    

槽式太阳能集热发电系统发展状况    陈超;聂志刚;那小桃;

光热发电:低碳的“撒哈拉”路径    郑芋;

太阳能中高温热发电反射式线性菲涅尔技术简介    熊勇刚;刘玉卫;陈洪晶;崔正军;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

微型低品质余热热源有机工质回热发电系统    谈芦益;谢永慧;

西安热工院成功研发超超临界二次再热发电技术    

江苏南热发电有限公司机组供热经济运行方案简介    朱江宁;

中粗石墨在太阳能光伏产业中的应用    张培林;

热发电产业欲唱低碳主角    本报记者 郭玉志

首个槽式光热发电项目启动    记者 呼跃军

光热发电5年后装机容量或超光伏    

光热发电招标遇冷    本报记者 李桂琴

“十二五”将力推光热发电    CUBN记者 周洪博

光热发电产业将迎来“黄金五年”    王宗

光热发电有望成为国内主导能源    本报记者 范思立

“十二五”光热发电装机达100万千瓦    本报记者 郭力方

“十二五”光热发电规模可达150亿元    杨风

光热发电与国外差距较大    本报记者 王旭辉

太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究    李晶

太阳能定压加热发电系统的研究    杨勇

太阳能槽式热发电蒸汽发生器系统动态仿真    王贝

槽式太阳能集热与热发电系统集成研究    王亚龙

槽式太阳能集热性能与热发电系统成本研究    耿李姗

基于太阳能的有机朗肯循环低温热发电系统的研究    叶依林

太阳能斯特林热发电系统光热转化热效率的研究    常腾飞

太阳能集热发电分布式测控模块设计    牛珍珍

鄂尔多斯50MW光热发电项目经济与社会效益评价    张燕娜

天然气内燃式定压加热发电系统的研究    田春雨

碟式光热发电装置反射盘加工设备的设计    蒋金