【摘 要】
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太阳能是一种绿色清洁能源,高效利用太阳能是绿色发展的重要举措.为高效利用太阳能,设计并制造了一种内冷蒸发腔式太阳能集热器,将线聚焦菲涅尔透镜和复合抛物面聚光器组合成为多级聚光器,并利用内冷式蒸发腔作为接收器.提出了一种复合抛物面聚光器的设计方法,通过光学仿真和实验验证了多级聚光器设计的准确性和太阳能集热器的可靠性.仿真和实验结果表明:根据所提出的方法设计的复合抛物面聚光器可以高效聚光,光学效率达到78.42％;太阳能集热器在有透明塑料盖板密封的实验中,其热效率可以达到98.94％,能够高效吸收太阳辐射能和
【机 构】
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华南师范大学华南先进光电子研究院,广东省 广州市 510006
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太阳能是一种绿色清洁能源,高效利用太阳能是绿色发展的重要举措.为高效利用太阳能,设计并制造了一种内冷蒸发腔式太阳能集热器,将线聚焦菲涅尔透镜和复合抛物面聚光器组合成为多级聚光器,并利用内冷式蒸发腔作为接收器.提出了一种复合抛物面聚光器的设计方法,通过光学仿真和实验验证了多级聚光器设计的准确性和太阳能集热器的可靠性.仿真和实验结果表明:根据所提出的方法设计的复合抛物面聚光器可以高效聚光,光学效率达到78.42％;太阳能集热器在有透明塑料盖板密封的实验中,其热效率可以达到98.94％,能够高效吸收太阳辐射能和温室内的空气热量.
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作为可再生能源调峰电力,集成大容量储热的太阳能热发电将在我国构建以新能源为主体的新型电力系统过程中发挥重要作用,也是实现我国未来能源结构升级以及“碳达峰、碳中和”目标的关键途径之一.随着近十年来国家对于可再生能源领域的大力发展,目前我国太阳能热发电装机规模已跃居增量世界第一、总量世界前列的位置,自主化技术与国际先进水平的差距显著缩小.另外,以大跨度变工况、强瞬态随机性以及大热力迟滞为特征的太阳能热发电系统,具有通过光热有序转化、多过程匹配、能量梯级利用、高参数储能等途径,进一步实现能效提升与成本降低的巨大
介绍了抛物槽式太阳能集热器的数值仿真研究进展,特别是对集热管内流场与聚光器外流场所涉及的数值仿真研究进行了综述.在集热管内流场研究中,传热介质类型、聚光特性对集热性能与热应力分布影响显著,尤其在水/蒸汽介质集热回路中,特有的气–液两相流叠加管外非均匀热流密度分布有可能导致严重的集热管热应力弯曲变形问题.在聚光器外流场研究中,由于实际风速较大,超薄镜片的结构强度较低,聚光器承受风载变形,致使光学效率损失,甚至会导致抛物槽式集热器结构失效,直接影响整个集热镜场正常工作.
可再生能源互补热电联产系统在区域综合能源利用领域具有广阔的应用前景.提出了一种槽式太阳能辅助生物质热电联产系统,利用中低温槽式太阳能加热导热油,驱动吸收式热泵给热网水预加热,在生物质燃料与供热量保持恒定的条件下节省采暖抽汽、增加功率输出.采用EBSILON Professional软件对案例机组和集成系统进行建模仿真,在此基础上分析了系统能流与?损等热力学特性.结果表明:设计工况下可产生1.78 MW·h的太阳能发电量,光电效率为20.06％,光电转换?效率可达到21.60％.选取5个典型日探讨不同辐照条
抛物面槽式太阳能集热器被广泛应用于中温太阳能工业热利用和高温太阳能热发电领域,然而太阳能间歇性的固有缺陷与供能系统期望的稳定连续运行相悖.通常通过调节流量使变太阳辐照条件下运行的槽式集热器提供相对稳定的有用能量输出,进而对其下游设备的稳定性起着关键作用.为了研究流量变化对集热器瞬态热行为的影响,通过人工调节造成流量的阶跃变化来开展实验,并且研究分析了在不同流量下的雷诺数、努塞尔数和传热流体对流换热系数.
太阳辐射存在间歇性和不稳定性,其动态不稳定性影响抛物槽式太阳能集热器集热参数的稳定输出,因此,针对抛物槽式太阳能集热器开展聚光集热过程动态特性研究极为重要.基于MATLAB/Simulink软件内的Simscape环境,构建了抛物槽式太阳能聚光集热一维回路的动态仿真模型.基于所验证的动态仿真模型,获得了工质流量及太阳直射辐射2个关键参数对槽式回路出口温度的影响规律.根据所获规律,基于比例积分控制,构建了槽式一维回路的动态调控策略,结果表明:该控制策略可在太阳直射辐射跃升时使系统聚光集热温度在2500 s内
对基于辐射网格布局和无遮挡损失原则所衍生出的无遮挡(EB)布局、无阻塞(No blocking-dense)布局、经验型(DELSOL)布局3种塔式定日镜场布局进行了研究.对这3种布局的数学模型进行了归纳,结合塔式电站Gemasolar的部分设计参数,分别根据3种布局模式采用SolarPILOT软件对镜场进行建模仿真.利用MATLAB对建模所得镜场坐标数据进行处理,得到径向间距和方位间距变化曲线,验证了3种布局数学模型的合理性.通过分析各镜场中基础环和交错环的排布特点得出镜环布置规则,同时从镜场的定日镜数
为探究传热工质对太阳能吸热器传热特性的影响,利用光线追踪和计算流体动力学方法,对采用超临界CO2和压缩空气作为传热工质的锥形腔体吸热器的传热特性进行对比分析.基于数值模拟讨论了吸热器锥角、工质进口流量和进口温度对吸热器传热性能的影响规律.结果表明:相同工况下,压缩空气的出口温度比超临界CO2高,但相应的吸热器热效率和系统光热转化效率却较低.对于2种传热工质,系统光热转化效率均在锥角为4.12°时取得最优值.在研究的运行参数范围内,传热工质的出口温度随进口温度的增加呈线性增长;当流量超过0.04 kg/s时
吸热器作为塔式光热电站的核心设备,其安全高效运行对电站的可靠性与经济性有重要影响.吸热器安装于吸热塔顶部,外部环境气象因素尤其是风速特性直接关系着吸热器及聚光集热系统运行控制策略的制定.采用数值模拟的方法研究了高空塔式吸热器在不同方位的风速特性,得出了管屏表面风速大小随环境风速与风向变化的趋势,拟合了不同方位管屏风速计算关联式并详细约定了计算风向取值.研究结果对吸热器管屏热损失的精确计算、效率的准确评估以及吸热器的安全可靠运行具有重要的指导意义.
水/蒸汽太阳能腔式吸热器在日常运行中,管面单侧承受着高度非均匀的太阳能流辐射,吸热管三维壁温分布不均、梯度变化大,易产生较大的热变形和热应力,甚至造成其结构的损伤或失效.以水/蒸汽太阳能吸热器中的沸腾管和过热管作为研究对象,采用ANSYS有限元分析法,对其进行了热-结构耦合数值模拟.结果表明:2种类型吸热管的传热特性存在显著差异,沸腾管以径向温度梯度为主,导致受光侧内外壁面产生双轴热应力;而过热管的周向温度梯度使管道弯曲变形明显,轴向应力更高,热应力呈周向分布.当吸热管背光侧存在支撑约束时,管道弯曲情况得
熔盐作为传热蓄热工质,在可再生能源发电及谷电蓄热供热系统中具有重要应用.由于恒功率加热容易导致电加热器烧毁、熔盐分解等问题,因此熔盐的熔化、防凝都需要恒温电加热系统.利用监视与控制通用系统(monitor and control generated system,MCGS)组态软件和西门子S7-200PLC,将固态继电器、热电阻和电加热器结合,设计了一套电加热器闭环温度PI控制系统.按不同PI整定方法进行实验对比,并加入抗积分饱和与两自由度控制,解决了PI控制器超调与抗干扰矛盾的问题.在超调量大幅减小的同