【摘 要】
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太阳能光热发电是一种重要的可再生能源利用方式,可较为有效解决能源的可持续发展问题,在化石能源日益枯竭以及国家提出“双碳”战略目标的现状下,大力发展太阳能光热发电有着至关重要的现实意义。然而,太阳能的间歇性以及发电质量低使得太阳能光热电站并网发电成为一个棘手的难题。这个难题可以通过储能技术来进行解决,现有的双罐储热系统成本过高,限制了光热电站的竞争力。单罐储热系统则可以在一定程度上降低太阳能光热发电
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太阳能光热发电是一种重要的可再生能源利用方式,可较为有效解决能源的可持续发展问题,在化石能源日益枯竭以及国家提出“双碳”战略目标的现状下,大力发展太阳能光热发电有着至关重要的现实意义。然而,太阳能的间歇性以及发电质量低使得太阳能光热电站并网发电成为一个棘手的难题。这个难题可以通过储能技术来进行解决,现有的双罐储热系统成本过高,限制了光热电站的竞争力。单罐储热系统则可以在一定程度上降低太阳能光热发电的成本。单罐熔融盐相变储热系统则是在储热罐填充床中添加相变材料从而利用相变潜热存储更多热量,有效地提高系统的储热能力。本研究利用相变胶囊和二元硝酸盐的混合材料作为储热介质,对不同参数对单罐熔盐相变储热系统储热和放热过程和力学性能的影响进行分析。利用计算流体动力学方法对单罐熔盐相变储热系统的运行进行了模拟分析。对储热罐工作过程中的蓄热和放热特性进行研究,关注出口熔盐温度、有效蓄热量、有效放热量、蓄热功率、放热功率、液相率、中心轴向温度等参数的变化,并分析初始冷盐温度、进口热盐温度、进口熔融盐流速、相变胶囊直径、外部环境温度、罐壁结构、储热罐高径比等参数变化对蓄热和放热特性的影响规律。在考察不同参数对储热系统蓄、放热过程影响的基础上,借助模拟得到的钢壁温度分布变化和应力计算公式,得到不同参数对储热罐力学性能的影响规律。定参数模拟结果表明,储热罐可以有效进行稳定的蓄热和放热,其蓄热时间约为355.0min,放热时间约为264.0 min。蓄热过程中储热罐的蓄热功率最大值为5.63 MW,最大有效蓄热量为8.62×10~4 MJ。在放热过程中储热罐的最大放热功率为5.49 MW,最大有效放热量为7.78×10~4 MJ,平均放热效率约为90.3%。形成循环周期惯性之后,钢壁轴向最大应力呈类高斯分布,最大值约为91.6 MPa。变参数对相变储热罐的储热特性的影响分析结果表明,在蓄热和放热过程中,均可以通过提升初始热盐温度和罐高或降低初始冷盐温度和相变胶囊直径来增大有效蓄热量和有效放热量。其他参数对有效蓄热量和有效放热量基本没有影响。变参数对相变储热罐力学性能的影响分析结果表明,可以通过降低初始热盐温度、相变胶囊直径和储热罐高度三个参数来降低钢壁最大机械应力峰值,或通过提高进口熔盐流速、初始冷盐温度、外部环境温度、钢壁厚度、耐火砖厚度和陶瓷厚度这六个参数来降低钢壁最大机械应力峰值,进而提升罐壁的力学性能。
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