太陽(yáng)能高溫集熱儲(chǔ)熱燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建及關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、太陽(yáng)能熱發(fā)電輸出穩(wěn)定且可調(diào)度，在未來(lái)有較大潛力為基礎(chǔ)負(fù)荷供電。以槽式、線性菲涅爾式、塔式以及碟式為代表的常規(guī)熱發(fā)電技術(shù)正逐步走向成熟和商業(yè)化應(yīng)用。提高太陽(yáng)能熱發(fā)電的工作溫度（>600℃）是提高其發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性的有效方法。太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)受到越來(lái)越多關(guān)注，但也遇到一些問(wèn)題，亟需解決。本文提出了一種基于顆粒集熱儲(chǔ)熱的兩級(jí)化學(xué)重整太陽(yáng)能燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，并針對(duì)該系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，從系統(tǒng)構(gòu)建、高倍聚光集熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱以及熱功轉(zhuǎn)換等方面做了相應(yīng)的

2、理論和試驗(yàn)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴該系統(tǒng)主要由顆粒集熱儲(chǔ)系統(tǒng)和兩級(jí)化學(xué)重整燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)組成。顆粒集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)利用高溫固體顆粒良好的耐溫性能以及金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱密度高的特性，可以根據(jù)需要，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的熱源。兩級(jí)化學(xué)重整包括低溫化學(xué)重整和高溫化學(xué)重整。低溫化學(xué)重整回收燃?xì)廨啓C(jī)渦輪排氣余熱，降低熱損失，提高余熱的能的品位。高溫化學(xué)重整進(jìn)一步吸收太陽(yáng)能，提高太陽(yáng)能占比及其能的品位。該兩級(jí)化學(xué)重整系統(tǒng)能夠同時(shí)提高系

3、統(tǒng)的發(fā)電效率以及太陽(yáng)能占比，提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。⑵以碟式聚光器為例，主要研究了鏡面斜率誤差以及安裝誤差對(duì)聚光性能的影響。提出了一種測(cè)試以及優(yōu)化碟式聚光器性能的一種方法。建立了蒙特卡洛光線跟蹤模型，并計(jì)算焦平面附近的能流密度分布。同時(shí)建立了CCD-朗伯板測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量碟式聚光器的能流密度分布。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果顯示，兩者截?cái)嗦氏嗖钤?％以內(nèi)，焦點(diǎn)處能流密度分布較相符。提出了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整策略，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，該碟式聚光器的平均聚光比可從50

4、0提高到1500，同時(shí)截?cái)嗦蕪?.66提高到0.91，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。⑶提出了一種重力驅(qū)動(dòng)的斜面滑落式顆粒集熱器。該顆粒集熱接收器利用氣動(dòng)裝置控制顆粒流量，顆粒在集熱腔內(nèi)停留時(shí)間、流速可控。冷態(tài)試驗(yàn)研究表明，顆粒流動(dòng)邊界層影響較小，中間區(qū)域流動(dòng)均勻，能夠以均勻密度流的形式在斜面上滑落。顆粒出口的氣動(dòng)控制裝置能夠在合理范圍內(nèi)調(diào)控顆粒流速，使得顆粒流量在1.5g/s至4.5g/s之間，固氣比15至32之間，固氣比較大，符合設(shè)計(jì)要求。建立了基于

5、蒙特卡洛法的光熱耦合模型，計(jì)算得到內(nèi)腔各個(gè)壁面的溫度分布，顆粒出口溫度可以達(dá)到900℃，集熱效率約為82%。⑷提出了將金屬氧化物耦合顆粒集熱的方案。以反應(yīng)活性較好的Co3O4/CoO作為研究對(duì)象，利用熱重試驗(yàn)研究了其氧化還原動(dòng)力學(xué)。試驗(yàn)結(jié)果表明，一級(jí)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)較適合于還原反應(yīng)過(guò)程，二級(jí)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)較適合于氧化反應(yīng)過(guò)程。此外研究了氧分壓對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響，結(jié)果表明反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中壓力依賴因子的加入能更好得描述該反應(yīng)過(guò)程。⑸采用能量分析和?