塔式太阳能间冷—回热燃气轮机与卡林那联合循环热力特性研究

论文摘要

我国西北沙漠地区太阳能资源丰富但是缺水严重，传统的太阳能热发电系统以水为工质，而且会消耗大量的冷凝水，无法满足沙漠地区的需求。为了充分利用我国西北沙漠地区的太阳能，并达到节水、高效发电的目标，本文提出了一种带间冷回热的太阳能燃气轮机与卡林那相结合的联合循环发电系统。塔式太阳能接收器将经间冷燃气轮机压缩后的空气加热至1000℃或更高用以驱动燃气轮机作功。卡林那循环用以回收余热发电。本研究构建了新循环各个能量转换过程的热力学物理模型，对其热力性能进行分析。通过“比较法”，推导出太阳能热发电效率简明解析式。基于能的品位概念，采用EUD图像分析方法，探讨了新循环各个子过程的不可逆损失，指出了不可逆损失分布特征和太阳能热发电效率提高的潜力。通过分析聚光比、辐照强度、氨浓度等关键参数对热力性能的影响，揭示了这种太阳能联合循环的热力特性规律。研究结果表明，当太阳辐照强度为800W/m2,燃气轮机入口温度为1000℃时，系统峰值太阳能热发电效率和效率分别可达到27.5%和35.6%，比太阳能燃气-蒸汽联合循环的峰值效率分别高1.6%和2.1%。同时，相比常规塔式太阳能热发电系统，节水率可达到46.2%。另外，关键运行参数对热力性能影响的研究表明，聚光比、辐照强度、顶循环空气与底循环氨水质量流量比等对太阳能热发电性能具有重要作用。一定聚光比，较高辐照强度促进太阳能热发电效率的提升。对于给定燃气轮机初温，太阳能热发电效率随燃气轮机压比变化存在一个峰值。研究还发现，太阳能热发电效率存有最佳氨浓度。新循环为提高太阳能热发电效率提供了一种新方法，为解决太阳能热发电耗水量大的问题提供了一个有效途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 太阳能热发电的研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 2 太阳能间冷回热燃气轮机与卡林那结合的联合循环
• 2.1 概述
• 2.2 新循环构思与集成
• 2.3 太阳能热发电效率解析表达式
• 2.5 本章小结
• 3 典型循环能量转换过程不可逆损失分析
• 3.1 概述
• 3.2 三种典型分析方法简介
• 3.3 循环热力性能模拟
• 3.4 图像分析
• 3.5 本章小结
• 4 新循环热力特性规律
• 4.1 概述
• 4.2 太阳能侧关键参数的影响
• 4.3 燃气轮机侧关键参数的影响
• 4.4 卡林那底循环侧关键参数的影响
• 4.5 新系统和参比系统比较
• 4.6 系统节水性
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 5.3 本文主要创新点
• 主要符号说明
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 作者攻读硕士学位期间参与的专利
• 致谢
• 参考文献