塔式太阳能热发电系统集成及性能优化

论文摘要

太阳能热发电技术是21世纪解决环境污染和大规模生态破坏等问题的有效途径之一,目前系统中存在集热过程与能量转化利用过程之间的品位不匹配及太阳能蓄存难等核心科学问题。本文依托国家863项目“太阳能非稳态聚集和发电过程的计算机模拟与过程优化”,针对塔式太阳能热发电系统中的核心科学问题,开展了系统集成、系统特性规律等内容的研究。同时,本文对以太阳能驱动的结合双效吸收式热泵的海水淡化系统进行了初步热力学性能分析。研究了塔式太阳能热发电系统集成及关键过程建模。基于“品位对口、梯级利用”的原则,提出了三个适合于不同规模和技术水平的双级蓄热与双运行模式的塔式太阳能热发电系统,这些系统解决了太阳能自身的不稳定性与蒸汽动力装置运行相对稳定之间的矛盾。同时,新系统较好地解决了蓄热过程中能量损失大、吸热器和汽轮机耦合运行难等问题。本文对选定系统进行分析,与Solar One相比,蓄热独立运行时的发电增加率为38.1%。研究分析了塔式太阳能热发电系统典型天及典型年的性能并对系统进行了设计优化。本文借助Fortran语言,开发了系统模拟软件,对不同运行模式下的系统性能进行分析,得到了系统在耦合运行模式下的年平均发电效率为8.35%,发电成本为2.63元/kWh;优化后,系统的年平均发电效率提高0.65个百分点,发电成本降低0.17元/kWh。研究成果为我国首座MW级塔式太阳能热发电电站设计提供理论支撑。研究分析了以槽式太阳能集热方式产生蒸汽驱动的结合双效吸收式热泵的海水淡化新系统。经过系统模拟,与传统的LT-MED-TVC相比,新系统淡水能耗降低了35.6%。新的集成系统为海水淡化装置进一步节能降耗提供了新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 太阳能热发电系统的研究现状
• 1.2.1 太阳能热发电的主要形式
• 1.2.2 太阳能热发电的发展现状及主要问题
• 1.3 本研究的主要内容
• 第二章 塔式太阳能热发电系统集成及方案分析
• 2.1 概述
• 2.2 系统集成
• 2.2.1 系统集成方案
• 2.2.2 系统集成方案特点
• 2.2.3 系统集成方案比较
• 2.3 系统集成方案模拟分析
• 2.3.1 系统模拟条件
• 2.3.2 系统模拟结果
• 2.3.3 系统关键过程EUD分析
• 2.4 小结
• 第三章 塔式太阳能热发电系统模拟分析及设计优化
• 3.1 概述
• 3.2 系统关键过程建模
• 3.2.1 吸热器放热的热力学模型
• 3.2.2 高温蓄热单元热力学模型
• 3.2.3 低温蓄热单元热力学模型
• 3.3 系统设计参数分析
• 3.3.1 系统性能评价指标
• 3.3.2 系统主要部件的参数选取
• 3.3.3 系统额定工况性能分析
• 3.4 典型天系统性能模拟
• 3.4.1 系统运行模式及控制方案
• 3.4.2 模拟软件输入/输出概述
• 3.4.3 设计参数下的典型天模拟
• 3.5 典型年系统性能模拟
• 3.5.1 系统热力学性能
• 3.5.2 系统经济性能
• 3.6 系统优化
• 3.6.1 子系统间匹配
• 3.6.2 系统内部参数变化对系统性能的影响
• 3.6.3 蓄热子系统控制方式优化
• 3.7 系统环境评估
• 3.8 小结
• 第四章 结合吸收式热泵的低温多效太阳能海水淡化
• 4.1 概述
• 4.1.1 海水淡化的发展
• 4.1.2 海水淡化存在的问题
• 4.1.3 本章拟解决的问题
• 4.2 新系统及其集成构思与特点
• 4.2.1 新系统构思
• 4.2.2 新系统流程概述
• 4.3 新系统模拟与性能特性
• 4.3.1 新系统模拟条件及性能评价指标
• 4.3.2 新系统模拟结果
• 4.4 系统关键过程EUD分析
• 4.4.1 蒸汽喷射器的（火用）分析
• 4.4.2 双效吸收式热泵的（火用）分析
• 4.4.3 两种集成方式下的海水淡化子系统EUD分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 硕士学位论文科研项目背景
• 致谢