随着我国风力与光伏发电规模的不断扩大,新能源高比例渗透后,电网灵活性下降,调峰能力不足,就地消纳困难,“弃风弃光”现象增加,严重影响风力发电和光伏发电运行的经济性。针对以上问题,必须大力发展低谷电蓄能技术。传统的水蓄热存在占地面积大、出口蒸汽温度变化大、效率低等一系列问题,而新型固体蓄热、相变蓄热等技术则初投资成本较高,为解决上述问题,本文提出了一套通过切换换热器面积来保证出口蒸汽温度稳定在一定范围的小容量熔融盐蓄热电蒸汽锅炉系统,采用理论分析和数值模拟相结合的方式,分析了放热过程中,储热罐内熔融盐的温度场分布特征,并对换热器的结构形式、布置方式进行了优化分析。主要工作内容如下:(1)根据储热量对储热装置进行设计计算,并建立材料费用经济模型,研究发现,在储热罐容积一定的前提下,储热装置各项费用总和则是沿高度方向先减少后增加。(2)建立包括U形管在内的熔融盐储热罐体的数学模型,利用MATLAB,研究换热器各相区管长、熔融盐温度随时间的变化趋势,并通过改变流量、初始温度来研究管内平均热流密度的变化规律,确定冷流体输入参数从而拟合出各级换热器平均热流密度的变化方程。结果表明熔融盐温度随着时间基本呈线性降低,变化率约为0.49℃/min;各相区长度随时间呈上升趋势,最初增加缓慢,而后增加较快,其中过热区管长随时间变化最大;进口流量越大,热流密度越大,对换热特性影响较大;进口温度越低,热流密度越大,但其变化对平均热流密度的影响较小。(3)基于上述计算,将罐体换热简化成有负内热源的封闭空间自然对流问题,并将平均热流密度方程通过UDF导入Fluent求解器,模拟变内热源条件下不同换热面积储热罐内的温度场。采用温度场分布和平均努塞尔数评价换热器结构、放热初始温度、布置方式对罐体热性能的影响。模拟发现,减小换热器内径,能使罐内熔融盐的平均温度降低,轴向方向温差减小,温度分布更加均匀;增加初始温度,平均努塞尔数增加,但是增加幅度较小;将U形管换热器布置上方时,罐内熔融盐的温度分布更加趋于均匀,罐内熔融盐的平均流速变大,温度分层逐渐被消除。(4)建立全生命周期模型,对比分析各种类型锅炉的经济性。可知采用熔融盐蓄热电蒸汽锅炉时的生命周期成本比电热锅炉低50.84%、比水蓄热锅炉低4.35%;通过与直热式电锅炉对比,计算得到1蒸吨熔融盐蓄热电锅炉的净回收年限为1.24年,经济效益显著。