100MW级太阳能热气流发电系统研究

论文摘要

我国现阶段的能源资源,存在可大规模利用的能源资源有限、能源消费总量大人均耗能低、结构不尽合理、优质能源比例低等问题。根据此现状,大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生新能源将是解决上述问题的重要途径。我国适合大规模开发的主要可再生能源为太阳能、风能和水能,其中太阳能储量更是丰富,且太阳能还具有安全、清洁等特点。而太阳能热气流发电系统因结构简单、可连续发电等优点在实际应用中呈现出一些优势,近一些年来被许多国内外专家学者认为是一项可进行大规模发电且前景乐观的清洁可再生能源新技术。本文通过对100MW级太阳能热气流发电系统以及三个主要组成部分集热棚、涡轮机组和导流烟囱内的能量转化过程进行分析,求得相关理论计算公式;并根据系统参数和集热棚尺寸,建立几何模型并划分网格,最后利用SIMPLE算法对不同工况下的集热棚和烟囱内流体的速度场、压力场和温度场分布情况进行模拟,并对一日内地面平均温度与环境温度的变化、一日内地面平均温度与环境温度之差以及发电系统的理论输出功率进行了动态模拟分析。分析模拟结果可知:太阳能热气流发电系统的集热棚进、出口截面平均速度、平均温升、透平进出口压差、透平理论输出功率、系统理论转化效率、烟囱提供的驱动力等均随太阳辐射强度的增加而增加;但透平压降的增加使系统输出功率存在一个峰值,同样,系统能量转化效率也存在一个峰值;另外,除少数时段(夏季高温时段)在局部区域(集热棚中心部位)需采取相应措施外,100MW级太阳能热气流发电系统内温度适宜,风速也在许可范围之内,符合农作物种植条件;模拟结果同时验证了因蓄热层需先经过自身蓄热再与集热棚内空气换热导致空气吸热升温的延迟性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 太阳能热发电技术的发展历程及主要形式
• 1.3 太阳能热气流发电系统研究现状
• 1.4 太阳能热气流发电系统概述
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 太阳能热气流发电系统的理论分析与计算
• 2.1 概述
• 2.2 太阳能热气流发电系统的能量转化过程
• 2.3 集热棚内过程分析
• 2.4 涡轮机区域过程分析
• 2.5 导流烟囱内过程分析
• 2.6 系统效率分析
• 2.7 本章小结
• 3 太阳能热气流发电系统数值模拟计算方法
• 3.1 系统参数及集热棚尺寸
• 3.2 基本控制方程
• 3.3 数值计算方法
• 3.4 100MW 级太阳能热气流发电系统的计算网格
• 3.5 其它说明
• 3.6 本章小结
• 4 太阳能热气流发电系统数值模拟过程
• 4.1 夏季典型工况的计算
• 4.2 发电系统动态特性计算及分析
• 4.3 本章小结
• 5 太阳能热气流发电系统研究结论与分析
• 5.1 数值模拟结果分析
• 5.2 集热棚内种植农作物的可行性分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献