碟式斯特林太阳能热发电系统的模型构建和优化研究

【摘要】：随着世界化石能源的日益枯竭和化石能源造成的环境污染和生态破坏问题的凸显,世界各国日益重视太阳能、生物质能、风能等可再生能源的开发利用。 太阳能热发电技术是规模化开发利用太阳能的一种方式,具有广阔的发展前景。与槽式、塔式太阳能热发电系统相比,碟式太阳能发电系统具有结构简单、布局灵活、发电效率高、系统优化潜力和成本降低潜力大、初始投资少、应用前景广等一系列优点,因而成为了国内外研究的焦点。碟式斯特林太阳能热发电是碟式太阳能热发电技术的一种。由于碟式斯特林太阳能热发电技术起步较晚,而且系统中斯特林发电机的制造技术要求很高,因此关于碟式斯特林太阳能热发电系统的研究较少。本课题首先提出了一种新型的改良型腔式吸热器,在分析新型腔式吸热器热力性能的基础上,构建了包含新型腔式吸热器的25kW碟式斯特林太阳能热发电系统的热阻网络模型,并分析了25kW碟式斯特林太阳能热发电系统的稳态和动态热力性能。 本课题的主要研究成果如下: 1.腔式吸热器的热损失在碟式斯特林太阳能热发电系统中占有的比例很大,而对流和辐射热损失是腔式吸热器的主要热损失。为此,综合考虑影响这两种热损失的因素,改进了腔式吸热器的入口结构和形状,提出了一种新型的改良型腔式吸热器,构建了包含新型腔式吸热器的25kW碟式斯特林太阳能热发电系统的热阻网络模型。热阻网络模型主要包括聚光器的等效热阻模型、吸热器的等效热阻模型及斯特林发动机的等效热阻模型三部分。聚光器的等效热阻模型采用经验误差分析模型,吸热器的等效热阻模型分为反射、导热、对流和辐射四部分,斯特林发动机的热阻网络模型采用马提尼的等温分析模型。与包含普通圆柱型腔式吸热器的碟式斯特林太阳能热发电系统相比,改良型腔式吸热器的对流换热损失和辐射热损失分别为普通圆柱形吸热器的56.3%和38.6%,这两种热损失之和也只有普通圆柱形的40%;与普通圆柱形腔式吸热器的碟式斯特林太阳能热发电系统相比,新型25kW碟式斯特林太阳能热发电系统的光电转换效率提高5.9%,达到了35.5%;开口面积与内表面积的比值是影响改良型腔式吸热器热损失的关键性因素,出于经济性考虑这一比值应控制在6~8之间。改良半球形腔式吸热器的火用效率不仅高于普通圆柱形腔式吸热器,而且其稳定性也较好,其优化潜力也较大,对系统效率的再次提高有很大的帮助。在优化后的系统中,碟式聚光器损失是总能量损失中最大的,碟式聚光器需要进一步的优化研究。 2.在新型的25kW碟式斯特林太阳能热发电系统模型中,考虑太阳辐射强度变化的影响和环境因素的影响,对改进后的25kW碟式斯特林太阳能热发电系统进行了动态性能分析,还分析了聚光器的光学误差和聚光比等因素对系统整体性能的影响。结果表明本系统的启动强度为474.447 W/m2,整个系统的实际工作时间为早上8:00到下午16:00。系统的峰值输出功率和效率出现在中午12:00点左右,输出功率大约为32.5kW,效率接近36%。整个系统在11:00到13:00阶段处于设计的峰值阶段,系统输出功率稳定在32 kW左右,效率接近35%。系统的输出功率和效率会随着碟式聚光器误差的增大而降低,为了保证系统的性能,碟式聚光器的倾斜误差应控制在2mrad以内,其它3种误差也应该控制在4mrad以内。随着聚光比的增加,系统的输出功率和效率会逐渐升高,但上升的趋势会变得缓慢。因此,对于本系统来说,聚光比应控制在750~1000。 本课题的创新点在于: 1.对流和辐射热损失是腔式吸热器的主要热损失。为此,综合考虑影响这两种热损失的因素,改进了腔式吸热器的入口结构和形状,提出了一种新型的改良型腔式吸热器。 2.包含新型腔式吸热器的25kW碟式斯特林太阳能热发电系统的热阻网络模型的构建及其稳态和动态热力性能的揭示。碟式斯特林太阳能发电系统是一种结构简单、布局灵活、发电效率高、系统优化潜力和成本降低潜力大、初始投资少、应用前景广的太阳能热发电系统,国内外关于该系统的系统研究很少。本课题的研究成果对碟式斯特林太阳能热发电系统研究有重要的学术价值,对碟式斯特林太阳能发电技术的试验示范和推广应用有重要的参考价值。 【关键词】：碟式斯特林太阳能热发电系统 改良型腔式吸热器 热阻网路模型 稳态热力性能 动态热力性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK514
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 物理量名称及符号表12-13
• 第1章 绪论13-28
• 1.1 课题背景13-16
• 1.2 碟式斯特林太阳能热发电系统的介绍16-22
• 1.2.1 碟式斯特林太阳能热发电系统的工作原理16-18
• 1.2.2 碟式聚光器18-19
• 1.2.3 吸热器19-20
• 1.2.4 斯特林发动机20-22
• 1.3 国内外研究及发展现状22-25
• 1.4 国内外研究发展现状总结及对本课题的启示25-26
• 1.4.1 国内外研究现状总结25-26
• 1.4.2 国内外研究现状对本课题的启示26
• 1.5 本课题研究的目标、内容和意义26-28
• 1.5.1 研究目标26
• 1.5.2 研究内容26-27
• 1.5.3 研究意义27-28
• 第2章 系统热阻网络模型28-45
• 2.1 简介28
• 2.2 系统热阻网络图28
• 2.3 系统热阻网络模型28-33
• 2.3.1 系统能量传递过程的主要假设28-29
• 2.3.2 聚光器的等效热阻模型29
• 2.3.3 腔式吸热器的等效热阻模型29-30
• 2.3.4 斯特林发动机的等效热阻模型30-33
• 2.4 系统热力学性能33
• 2.5 腔式吸热器的优化33-37
• 2.5.1 简介33-35
• 2.5.2 改良半球形腔式吸热器35-36
• 2.5.3 改良型腔式吸热器的等效热阻模型36-37
• 2.6 两种腔式吸热器的性能比较37-43
• 2.6.1 热损失37-39
• 2.6.2 火用效率39-41
• 2.6.3 系统集热性能41-43
• 2.7 本章小结43-45
• 第3章 碟式斯特林太阳能热发电系统动态性能分析45-54
• 3.1 简介45
• 3.2 腔式吸热器壁面温度的确定45-46
• 3.3 系统的启动强度46-47
• 3.4 系统性能分析47-49
• 3.5 影响系统性能的因素49-53
• 3.5.1 碟式聚光器的误差49-50
• 3.5.2 聚光比50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 结论与展望54-57
• 4.1 结论54-55
• 4.2 本课题的创新点55
• 4.3 尚待解决的问题55
• 4.4 展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读学位期间发表的论文63-64
• 附录B 获奖情况64

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

碟式太阳聚光器聚光性能及其拼接镜面位姿测量研究    徐巧

太阳能热发电技术    李斌,李安定

基于小型发电机的碟式太阳能热力发电技术研究进展    廖葵;龙新峰;

腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算    方嘉宾;魏进家;董训伟;王跃社;

线性唯象传热定律下斯特林热机性能极限分析    丁泽民;陈林根;孙丰瑞;

碟式集热器驱动斯特林热机系统(火用)效率分析    李亚奇;何雅玲;王巍巍;

太阳能斯特林机用新型吸热器的设计与模拟    李铁;张璟;唐大伟;

基于功率密度法分析及优化斯特林热机    陈鸿伟;李丰;顾舒;许振宇;

碟式聚光太阳能热发电系统用腔式吸热器热性能分析    张春平,刘志刚,赵耀华,唐大伟

一维斯特林发动机的数值模型    张志国;Gedeon David;

碟式太阳能热发电系统中吸热器温度场模拟    廖葵;龙新峰;

碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现    郑飞

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

能源植物的研究现状与发展前景    郭平银;肖爱军;郑现和;尚会芹;

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

户用PV系统设计    牟志平;

湖北省发展能源农业的优势与对策    杨新笋;张琳;程航;周宏;黄钺;雷剑;张似松;

能源农业发展的意义及前景分析    胡仁华,顾孟迪

太阳能地板辐射采暖系统的应用研究    贺立三;刘振波;高林朝;高艳军;

太阳能供电与半导体制冷箱的设计    张曦;

太阳辐射量与光伏系统优化设计软件    杨金焕;葛亮;

光伏系统设计思路及注意事项    王润波;

太阳电池应用和研究的发展    魏凤;朱宝玉;张晓黎;辛礼;

太阳能空气集热器传热性能实验研究    魏琪;赵俊;

我国能源植物资源及其研发进展    何海英;邱凌;冯佰利;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

太阳能环保游船    王璐;籁斌贤;王宗耀;王建明;

用于太阳能热发电输热管道的红柱石基复相陶瓷的研究    吴建锋;冷光辉;徐晓虹;刘升升;

终端能量梯级效能研究与发电照明技术应用    祝传福;

绿色汽车的构想    李海燕;孟文俊;

太阳能在牧草干燥中的应用研究    宋莎莎;黄净洁;李粤;

我国能源及新能源利用现状及发展趋势    朱国才;

太阳能制冷技术的应用及发展趋势    杨坚;栗志;李芷昕;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究    程如岐

纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究    赵佳飞

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

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

可再生能源发电政策与环境效益分析方法研究    秦湘灵

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

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

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

沼气发电机冷却水预热沼气进料池系统的研究    康锡龙

湖北省农村沼气产业化发展模式与对策研究    刘莹玉

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

河南太阳能热水器与住宅一体化设计研究    刘磊

光伏并网发电系统的MPPT及孤岛检测新方法的研究    于希洋

三相光伏并网发电系统研究    雷家宁

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

基于GPRS的河套平原灌区水资源数据监测系统的应用研究    房永亮

太阳能供暖系统的模拟研究    安丽

含氧模型化合物加氢脱氧催化剂的制备及其反应性能    包建国

经纬仪工业测量系统用于大型多波束天线的安装与调整    李广云,李宗春

天线反射面精度测量技术述评    李宗春,李广云,吴晓平

摄像机内参数标定的一种方法    谭跃钢,张敏,胡江萍

抛物面式太阳能聚能系统聚光特性模拟    帅永;张晓峰;谈和平;

服务机器人目标同时识别与位姿判定研究    吴培良;孔令富;李海涛;

复杂曲面测量模式与关键技术    石照耀,谢华锟,费业泰

正确使用全站仪补偿器 提高测量精度    章文彬;

阐述全站仪在工程施工测量中的应用方案    仲建君;

一种基于区域搜索的平面度误差评定方法    田树耀;黄富贵;张彬;

太阳能海水淡化技术    苏润西

辐射热力学的基础理论及其应用研究    莫松平

物体位姿单目视觉测量系统的研究    陈杉

槽式太阳能抛物面集热器光学性能研究    徐涛

影响联合循环机组性能的主要因素及分析    朱军辉

分析方法及在工程领域中的应用    甄志,崔晓钢,陈鸿伟,李永华

热阻和回热损失对铁电斯特林制冷机的(火用)经济优化性能的影响    杨惠山

回热式斯特林发动机输出功率的优化    吴锋,陈林根,孙丰瑞

太阳能驱动斯特林热机的最优性能    吴锋,孙丰瑞,陈林根

斯特林发动机中回热器性能分析    蔡保华,王幼纯,陈焕倬

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

变温热源布雷顿循环的功率密度优化    陈林根,郑军林,孙丰瑞,过增元

联合循环中蒸汽底循环系统设计优化研究    段立强,杨勇平,林汝谋,徐鸿

太阳能热动力系统Brayton装置与Stirling装置分析与比较    崔海亭,袁修干

两类回热式热力学循环性能的研究    何济洲

采用天然气的小型斯特林冷热电三联供关键技术研究和应用分析    汪海贵

热气机传动机构弹性动力分析及可视化应用研究    王宏江

分置式斯特林制冷机的热力动态模型及仿真的研究    吴卓林

关于抛物槽集热器的光学与热学的性能研究    刘毓伟

微型整体式斯特林制冷机研制及整机工程化模型研究    席有民

太阳能高温熔盐传热蓄热系统设计及实验研究    朱建坤

5kW点聚焦太阳能斯特林发电系统的性能分析    高瑶

斯特林机煤的两段燃烧装置的实验研究    吴祉明

小型太阳能热发电站的研制及其发展前景    夏家俊

斯特林机的新生    余也艺;

太阳能热动力发电系统吸热器腔体辐射计算    侯欣宾,袁修干

带有透明蜂窝漂浮式选择性吸热器的小型净水太阳池数值模拟分析    葛新石，黄护林

相变材料容器的三维热分析    董克用,袁修干

塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展    杨敏林;杨晓西;左远志;

一种多孔介质太阳能吸热器传热研究    许昌;刘德有;郑源;张德虎;吕剑虹;

高温熔盐相变蓄热系统的数值模拟    邢玉明,崔海亭,袁修干

世界首台太阳能热发电站仿真机研制成功    

饮水机用半导体制冷的热管式吸热器研制    张建成;

用于太阳能热发电的Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)纳米复相陶瓷的制备及性能研究    徐晓虹;焦国豪;吴建锋;赵芳;方斌正;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

用于太阳能热发电输热管道的红柱石基复相陶瓷的研究    吴建锋;冷光辉;徐晓虹;刘升升;

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析    吴建锋;焦国豪;徐晓虹;方斌正;冷光辉;赵芳;

太阳能热发电用莫来石-堇青石复相陶瓷低温制备与性能研究    徐晓虹;马雄华;吴建锋;张锋意;徐瑜;陈旭秋;

浅谈建筑节能    罗学明;许慧军;

石蜡相变材料强化传热技术研究    于树轩;章学来;施敏敏;

太阳能电池发展展望    刘路;

中温和高温集热管测试技术    刘希杰;韩文敏;张化明;柯伟;

国内最大太阳能热发电项目即将招标    于达维

碟式太阳能热发电技术值得期待    燕山大学车辆与能源学院 关雪梅　安巍

塔式太阳能热发电技术研究获新突破    本报记者 司建楠

塔式太阳能热发电技术获突破    记者王华楠

昌黎16个项目集中开工    记者 张宝林 通讯员 王志勇 刘艳丽

“太阳能热发电研究及产业基地”在山东潍坊奠基    

太阳能热发电核心技术实现国产化    记者 齐慧　实习生 柴洁

槽式太阳能热发电核心技术获突破    陈国春

国内最大太阳能热发电项目落户内蒙古    记者 王薇薇

太阳能热发电将掀新一波投资潮    本报记者 钟银燕

碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制    李铁

太阳能碟式/碱金属热电转换系统中热管式吸热器对流热损失特性研究    肖兰

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

熔融盐横纹管吸热器传递特性与强化机理研究    文玉良

使用多层光学介质薄膜滤光的聚光太阳能发电技术的理论与实验研究    寿春晖

燃料化学能与物理能综合梯级利用的热力循环    洪慧

太阳能辅助燃煤发电系统耦合机理与热力特性研究    崔映红

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

1kW斯特林发动机的实验研究及热力学分析    杨泰蓉

中低温太阳热能与化石能源互补系统集成及水电联产系统研究    罗尘丁

碟式斯特林太阳能热发电系统的模型构建和优化研究    何坚

斯特林机菱形机构结构优化与刚柔耦合动力学仿真    陈远大

5kW碟式太阳能斯特林发电系统的设计和研制    高敏

塔式太阳能热发电站熔融盐吸热器故障诊断专家系统研究    王建楠

碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化    毛青松

斯特林机的优化设计及仿真研究    朱榜荣

太阳能腔式吸热器热性能和热应力分析    康剑南

碟式太阳能吸热器的性能实验研究    李珍

碟式太阳能热发电蒸汽温度与压力控制系统研究    吴光波

塔式太阳能热发电系统集成及性能优化    宿建峰