塔式太阳能热发电吸热器技术进展

文中介绍了现有塔式太阳能热发电吸热器技术,针对不同吸热器结构和传热介质,结合国内外现有主要塔式太阳能热发电站,对吸热器性能进行比较研究。结果表明,外露管式吸热器结构简单、造价低,应用广泛;而熔盐作为传热和蓄热介质具有较好的性能,系统无压运行且能承受高热流密度,是将来的研究方向。     

球形腔式太阳能吸热器性能的数值研究

利用蒙特卡洛光线追踪法分析了6种不同开口比(D/d)的球形腔式吸热器的光学性能,并以光学模拟所得壁面能流作为热分析的边界条件导入CFD软件中,运用CFD软件对6种不同开口比的球形腔式吸热器进行流固耦合传热计算,获得了球形腔式吸热器和内部流体的温度场分布。通过计算球形腔式吸热器的反射光损失、对流热损失和热辐射损失,得到聚光器/球形腔式吸热器系统的光热转化效率为81.9%～84.4%,球形腔式吸热器的最佳开口比1相似文献   

太阳能热发电系统中腔式吸热器的光学性能

建立了球形、圆柱形、圆锥形和平顶圆锥形4种典型腔式吸热器与抛物面聚光器的三维模型,利用蒙特卡洛光线追踪法预测了4种典型腔式吸热器内部辐射能流的分布,其中球形吸热器内部的辐射能流分布均匀性最好,且辐射峰值最小,具有较好的光学性能。通过统计逸出腔口的反射光计算出这4种腔式吸热器的反射光损,其中球形吸热器的反射光损最小。在聚光器反射率为0.9,腔体内壁吸收率为0.9时,球形吸热器反射光损仅为0.66%,聚光器/球形吸热器的光学效率为88.9%。     

塔式外置式吸热器多区域涂层优化与性能分析

为减少塔式太阳能吸热器在高温下快速增加的辐射热损,基于聚光太阳辐射的空间分布不均匀特性,提出并优化一种在吸热器表面不同入射能流区域采用不同光谱选择性吸收涂层的多区域涂层设计方法,并与均一选择性吸收涂层和传统灰体涂层吸热器进行热损性能、全天适应性和全年性能的对比分析。结果表明：在中国帕里地区,吸热器进口温度为290 ℃、出口温度为800 ℃的条件下,多区域涂层对比传统灰体涂层和均一选择性吸收涂层吸热器在典型日12月21日中的辐射热损分别降低89.8%和75.7%,总热损分别降低63.9%和38.5%;全年光热转换效率可分别提升8.1%和2.4%。     

塔式太阳能水工质吸热器性能分析

上海锅炉厂有限公司自主开发了塔式太阳能热发电吸热器性能设计程序。该程序可同时适应水工质和熔盐工质太阳能吸热器的设计计算要求。针对美国Solar Two工程吸热器,将Boeing North American,Inc.的计算结果和其试验数据与自主开发程序的计算结果进行比较,结果吻合良好。以某个塔式太阳能热发电吸热器为例,对其蒸发段和过热段的设计方案进行了详细的校核计算,重点在吸热器蒸发段的循环流量、干度、鳍端温度和鳍端温差、过热段的管子正面点温度以及吸热器的吸热效率分布等多个方面进行了分析。该校核计算的结果可为后续进行性能评价提供重要的基础数据。     

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。     

槽式太阳能新型腔式吸热器的热性能研究

提出一种适用于抛物槽集热器的新型太阳能腔式吸热器,该装置具有较高的集热效率,同时连接安装和日常运行维护也相对便利.对其建立一套三维传热模型,并搭建采用新型腔式吸热器的抛物槽集热器实验系统,通过实验测试对比吸热器瞬时效率,验证模型的准确性.此外,定量分析不同环境参数与工作参数对新型腔式吸热器热性能的影响,结果表明:集热效...     

腔式太阳能高温空气吸热器传热过程数值模拟

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电站的腔式高温空气吸热器,建立了吸热器内部空气流动及传热过程模拟数学模型,并通过数值方法,模拟了吸热器内部的空气流场和温度场。结果得知:空气进入吸热器后,沿内壁面轴向高速流动,随着深度的增加,速度越来越小,到达底部时速度最小;在压差的作用下,进入吸热器内部的空气会不断流向和冲刷针肋及壁面,而主流方向的流量不断减少;空气通过冲刷高温针肋及壁面不断吸收热量,温度不断升高;由于吸热器底部空气速度较小,对流换热系数较小和热流密度较大,因此该处温度较高,是整个吸热器的最脆弱部位;在高辐照强度情况下,虽然加大空气流量可降低吸热器壁面的温度,但由于其对流换热系数与空气流速不成正比例,壁面温度一般还会有所升高。     

超临界二氧化碳太阳能腔式吸热器光热特性研究

针对太阳能碟式聚光器,设计了一种工质为超临界二氧化碳(sCO2)的圆台形腔式吸热器,建立了吸热器的光热模型。采用蒙特卡洛光线追踪法分析了腔式吸热器的光学特性,并基于腔式吸热器的相关理论将热边界条件导入Ansys Fluent软件中,对吸热器的流动传热特性进行了计算流体力学（CFD）仿真模拟。研究了工质进口温度为150 ℃、太阳光辐射强度为800 W/m2时,吸热器不同采光口直径、倾斜角和辐射发射率对其光热特性影响的规律。研究结果表明：吸热器采光口直径对其光热效率的影响较大,采光口直径增加会降低吸热器光学效率,采光口直径过大或过小都会降低吸热器的热效率;随着吸热器倾斜角的增大,采光口内部热空气和外部冷空气之间的自然对流传热明显增加;辐射发射率对吸热器热效率的影响较小。     

基于光学性能分析的太阳能腔式吸热器石英窗设计

研究用于圆柱、球形腔式吸热器的双凹、上凹、下凹、双凸、上凸和下凸6种不同结构的正弦形石英窗,以确定最佳的设计方案,最大限度改善吸热器的光学性能。基于蒙特卡洛光线追迹法研究表明:对于圆柱形腔式吸热器,双凹形石英窗是最优的设计方案,对比常规平面石英窗,光学效率基本不变,此时圆柱形吸热器峰值聚光比由1050.0下降到715.9,非均匀系数由0.60下降到0.30;对于球形吸热器,从局部聚光比峰值来评价,下凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到797.4,非均匀系数由0.67下降到0.40;从非均匀系数分布来评价,双凹形石英窗是最优的设计方案,此时球形吸热器峰值聚光比由1010.0下降到857.7,非均匀系数由0.67下降到0.38。     

腔式太阳能水/蒸汽吸热器给水全称控制系统的设计

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电系统中的腔式水/蒸汽吸热器给水全程控制系统。提出了系统运行对控制系统的控制要求,给出了吸热器的给水压力控制系统和给水泵转速控制系统的设计和研制方法。同时指出,为了避免两个系统之间的互相干扰,使各系统尽可能地协调动作,在给水压力控制系统中引入了水泵转速偏差前馈信号,在转速系统中引入压力偏差前馈信号,使系统的给水压力调节和给水泵转速控制互相联系起来,加快汽包水位的调节速度。     

Thermal Analysis of a Volumetric Solar Receiver

The volumetric receiver has received wide attention due to its high thermal efficiency. This paper studied a new type of a solid-liquid composite volumetric receiver. The heat transfer in a solid-liquid composite volumetric solar receiver was analyzed using a one-dimensional unsteady simulation model of the solid-liquid receiver. The model included absorption of the incident solar radiation by the glass window, the silicon carbide porous ceramic heat absorber panel and the water. The results were verified against experimental data for a volumetric receiver and the error did not exceed 10%. It can be used to predict the heat transfer in solid-liquid composite volumetric receivers.     

太阳能辅助式冷热电联供系统优化设计及性能分析

为减少化石能源的使用,设计了一种以太阳能为辅助式能源的混合联供系统,并对其原理及运行策略进行分析.以上海市某商务楼为实例,建立能源、经济和环境等综合评价指标,基于遗传算法对系统的电制冷比和光伏板面积比进行优化分析;以分供系统为参照对象,分析太阳能系统对联供系统综合性能的影响.结果表明:混合联供系统的综合性能优于传统分供和联供系统;混合联供系统的最佳光伏板面积比受系统电制冷比的影响,当电制冷比设置合理时,系统综合性能达到最优.     

Thermo-Fluid-Dynamics of a Ceramic Foam Solar Receiver: A Parametric Analysis

Abstract

The high efficiency of concentrated solar power (CSP) in energy conversion makes it a very attractive device for using solar energy as a substitute of nonrenewable energy sources. The open volumetric receiver plays an important role in the performance of a CSP. The optimized design of solar receiver implies the thorough knowledge of the heat transfer between the air and the foam and of the temperature distribution in the receiver. Heat transfer in the cylindrical SiC porous volumetric receiver of a solar tower, undergoing the impact of concentrated solar radiation, is investigated numerically in this paper. Governing equations are written with the volume averaging technique. A two-equation model for the energy equation, under the local thermal nonequilibrium assumption, is used. Numerical simulations are carried out through the commercial code COMSOL Multiphysics. The solid and fluid temperatures, the fluid velocity and the pressure drop, for various boundary and morphological conditions, are predicted and discussed. The receiver efficiency is finally maximized carrying out an extended parametric analysis of process parameters.     

Exergy Analysis of Photo-Thermal Interaction Process between Solar Radiation Energy and Solar Receiver

A unified theory of non-equilibrium radiation thermodynamics is always in search as it is meaningful for solar energy utilization. An exergy analysis of photo-thermal interaction process between the solar radiation energy and solar receiver is conducted in this paper. The non-equilibrium radiation thermodynamic system is described. The thermodynamic process of photo-thermal interaction between the solar radiation and solar receiver is introduced. Energy, exergy and entropy equations for the photo-thermal process are provided. Formulas for calculating the optimum receiving temperatures of the solar receiver under both non-concentration and solar concentration conditions are presented. A simple solar receiver is chosen as the calculation example to launch the exergy analysis under non-concentration condition. Furthermore, the effect analysis of solar concentration on the thermodynamic performance of the solar receiver for solar thermal utilization is carried out. The analysis results demonstrate that both the output exergy flux and efficiency of the solar receiver can be improved by increasing the solar concentration ratio during the solar thermal utilization process. The formulas and results provided in this paper may be used as a theoretical reference for the further studies of non-equilibrium radiation thermodynamic theory and solar thermal utilization.     

双面受热太阳能平板接收器热性能模拟研究

为提高太阳能光热转换效率,建立同轴非完整型平移抛物面聚光系统。分析双面受热平板接收器的能量传递及转换过程,采用热阻网络图的分析方法建立平板接收器的理论计算模型。利用MATLAB 7.0软件编制程序实现了平板接收器的热性能计算。在结构参数、环境参数和进口参数确定的情况下,当吸热板导热系数、厚度和吸热板表面发射率变化时,分析温度、能量及热性能的变化趋势。研究表明：导热系数和吸热板厚度达到一定数值,继续增加对于提高接收器的热性能基本没有太大意义;吸热板表面发射率对热性能影响显著,采用发射率为0.1的选择性涂层可实现能量最大转化;环境温度在0～30 ℃变化时,双面受热比单面受热的热效率提高了8.18%～37.01%。     

管簇结构腔体式吸收器总热阻所受环境条件的影响

本文分析槽形抛物聚光焦热器中管簇结构腔体式吸收器的热物理特性,依据其热阻网络,太阳能一般性控制方程对热阻所受边界条件影响作了数值分析。     

两级半导体制冷性能优化设计

在半导体制冷单元制冷基本公式的基础上,按照最大制冷系数的设计方法,得到了两级半导体制冷电堆中间温度的计算公式。根据建立的模型,对制冷单元的尺寸进行了优化设计,给出了级间元件个数比的最优分配,并分析了相应的影响因素。本文所得的结果对多级半导体制冷的优化设计具有一定的理论意义。     

Performance Characteristics of a Volumetric Solar Receiver: Presence of an Absorber Plate with a Selective Surface

Performance characteristics of a concentrated solar volumetric absorber are examined numerically. The thermal system considered consists of parabolic trough, glass tube, absorbing plate, and slurry containing 7% lauric acid as a phase change material and water as a carrier fluid. To assess the effect of the absorbing plate on performance characteristics, two locations of the absorbing plate on the glass tube surface are incorporated in the analysis. A selective surface is considered at the absorber plate surface for improved absorption of solar radiation and reduced thermal emission due to temperature increase at the surface. Temperature ratio, gain parameter, and pump power loss parameters are introduced to quantify the performance characteristics of the volumetric receiver. The study is extended to include the effect of Reynolds number on the receiver performance characteristics. A heating model incorporating radiation, convection, and conduction is adopted to simulate the thermal process. It is found that the gain parameter of the concentrated solar volumetric receiver improves by 15% when the absorber plate is located at the left face of the glass tube opposing the trough surface. The effect of Reynolds number on gain parameter is found to be inconsiderable.     

660MW超超临界塔式锅炉优化设计

在总结660 MW超超临界Ⅱ型锅炉和1 000 MW超超临界塔式锅炉的设计经验及实际运行情况,比较Ⅱ型锅炉和塔式锅炉的主要特点的基础上,结合具体工程要求和容量等级,对660 MW超超临界塔式锅炉的汽水流程、燃烧系统、汽温偏差、空气预热器等方面进行了设计优化,研制了660 MW超超临界塔式锅炉,并通过了实际运行机组的验证.