安装角度对复合抛物面聚光集热器接收太阳辐射影响的数值模拟

建模分析昆明地区不同入射半角的复合抛物面聚光集热器(CPC)在全年不同朝向、不同倾角下的能量接收情况。结果表明:CPC的聚光比与入射半角呈正相关,入射半角的大小限制了其光线接收角的范围进而影响能量的接收;正南朝向为最佳朝向,正南向安装时最佳倾角随季节变化而变化,正西向倾角越大能量越小;正南向在冬半年适宜进行高倾角安装,在12月份倾角为50°、入射半角为60°时,CPC接收太阳辐射量最大为13.27 MJ;在夏半年适宜低倾角安装,在4月份最佳倾角为0°、入射半角为60°时,CPC接收太阳辐射量最大为15.99 MJ。为使CPC获得能量最佳,建议昆明地区全年固定朝向安装的CPC采用较大的入射半角,安装角度为20°~35°。

槽式太阳能聚光集热器传热特性分析

为了研究槽式太阳能集热器的传热特性及为槽式太阳能集热器的设计提供理论依据,该文分析了槽式太阳能集热器的传热特点,建立了槽式太阳能集热器传热过程一维数学模型:利用该数学模型,计算分析了槽式太阳能集热器的传热特性。选取了2014年9月21日、10月25日的太阳直接辐照数据进行计算分析,10月25日太阳直接辐照数据均值比9月21日高37.5894 W/m^2,9月21日集热器吸收的太阳辐射热能计算均值比10月25日高196.644.W/m:接受管内外壁导热量随内外壁面温差升高而增加,接受管外径与内径的比值大于1.05时导热热阻增加到0.0004679 K/(W·m);接受管和玻璃管之问传热主要是辐射换热,辐射换热量随玻璃管内壁面温度升高而增加:对流换热量数值上可以忽略不计,且与接受管和玻璃管之间的环形空间残存气体类型有关,环形空间为氢气的对流换热量大于空气,空气大于氩气:玻璃管对外界的传热主要是辐射换热和对流换热,环境温度每下降lO℃,玻璃管对环境的辐射放热量增加约105 W/m:玻璃外管壁温度为50℃时,风速为6 m/s比0.5 m/s时的对流换热量增加约116W/m,玻璃外管壁温为80℃时,该值增加约为340 W/m;集热器的瞬时热效率随传热工质温度的升高而下降,随太阳直接辐照增加而升高;利用该文建立的数学模型计算的瞬时效率与美国可再生能源实验室的试验数据最大偏差约为3%。

熔盐槽式聚光集热镜场的夜间防凝运行方案研究

基于某熔盐槽式聚光集热供汽-供暖项目,针对夜间熔盐排空方案和夜间熔盐低速循环方案这两种主要的镜场夜间防凝运行方案,分别从方案的技术特点、需要配置的设备、运维难易程度、运维成本,以及方案优缺点等方面进行了全面的分析计算和比选研究。研究结果表明:1)采用夜间熔盐排空方案时,熔盐槽式聚光集热镜场的热损失较小,但聚光集热系统整体有效工作时间减少,导致整体的集热量和产出的蒸汽量减少,同时该方案对运维水平的要求较高;2)采用夜间熔盐低速循环方案时,熔盐槽式聚光集热镜场的热损失较大,配置的设备初始投资较高,但整体的运维成本及运维难度均较低;3)针对熔盐槽式聚光集热镜场,建议采用“夜间熔盐低速循环+防凝电加热器补热”的防凝运行方案,能够以较低的综合成本获得较好的运行效果。

槽式太阳能聚光集热器传热性能研究

建立了槽式太阳能聚光集热器单侧吸收高热流密度的传热数学模型.该传热数学模型将金属吸热管壁面所能接受到的非均匀热流简化为矩形分布,考虑了金属吸热管管壁的周向导热,选取Dudley的试验数据验证了传热数学模型的可靠性并分析了影响集热器传热特性的主要因素.通过Fluent软件研究了槽式太阳能聚光集热器金属吸热管的周向温度分布规律.结果表明:该传热数学模型具有一定可靠性;流体温度、太阳辐射强度和流体体积流量是影响集热器管内换热特性和管壁周向温度分布的主要因素.

槽式太阳能热发电聚光集热器性能计算

在已有模型的基础上,重新选择实验关联式,建立了计算模型。求解后,将计算结果与实验结果比较,证明该模型优于原有模型。使用该模型计算了不同辐射强度、工质入口温度、流量下的效率与出口温度,通过对这些数据的分析和整理,采用非线性Nelder Mead算法进行拟合,得出了以辐射强度、工质入口温度、流量为变量的LS-2型集热器效率和工质出口温度的多变量关系式。该关系式对设定实验参数及进一步提高聚光集热器性能具有指导意义。

增加复合抛物面聚光器(CPC)最大聚光角的几种方法及结果比较

本文简单阐述了复合抛物面聚光器(CPC)的结构与设计原理,介绍了三类增加CPC最大聚光角θ_(max)的方法:平移、截底和旋转,给出了各方法中最大聚光角θ_(max)随几何尺寸变化的计算公式。对不同聚光比的实际CPC,给出了在三类方法变化情况下,最大聚光角增量δθ_(max)随几何变量的变化曲线,并对影响CPC最大聚光角变化的关键因素进行了讨论与分析。

基于槽式聚光集热的腔体吸收器热损失特性研究

针对太阳能槽式聚光集热系统设计一种三角形腔体吸收器,对其热损失特性建立基于能量衡算和热网络方法的理论分析模型,并进行实验验证。考察腔体吸收器光口倾角、环境风速、保温层厚度、工质流速、工质与环境温差等对各分项热损失和总热损失的影响规律,通过敏感性分析近似拟合出4个二元影响因素对总热损的影响关联式。总热损随工质与环境温差、环境风速呈幂函数正增加趋势,影响较大;与保温层厚度呈对数反增加趋势;与过渡流范围的工质流速呈多项式变化,影响较小;随光口倾角的变化也不大。理论计算值与实测值吻合度高,理论分析模型较准确。结果表明腔体吸收器在无风环境下热损失大小与真空管集热器相当。

槽式聚光太阳能热电联供复合循环

提出一种新型的太阳能光伏发电与供热复合循环系统,该复合循环系统有效利用太阳辐射能量,提高光伏系统电池功率,并将光伏电池所产生的热量有效回收,实现同一聚光集热器对外供电、供热。构建了槽式聚光太阳能热电复合循环实验装置,实验表明,在10倍太阳聚光作用下,单晶硅电池功率可放大5.05倍,并可有效回收太阳电池所产生的热量。太阳能热电联供系统能有效提高太阳能综合利用率。

DSG槽式聚光集热系统实时动态仿真模型研究

采用理论建模和数字仿真的方法研究了再循环式DSG抛物面槽式聚光集热系统实时动态仿真模型。基于质量、能量、动量平衡方程,结合相关专业基础知识,研究了再循环式DSG槽式聚光集热系统中聚光器、预热段、蒸发段、过热段及汽水缓冲分离器的数学模型。分别以西班牙的PSA DISS试验项目和INDITEP电站的聚光集热系统为对象,结合热力系统其它辅助设备仿真模块,建立了完整的再循环式DSG槽式聚光集热系统实时动态仿真模型。试验表明模型能够正确反映研究对象动态特性和全工况运行过程,运算稳定可靠;为DSG槽式太阳能热动力发电系统以及太阳能热辅助火电机组一体化发电系统动态特性研究和仿真系统开发提供了良好的基础模型。

槽式太阳能聚光集热技术

详细讨论了槽式太阳能聚光集热技术的最新进展,对不同聚光集热器支撑机构进行了对比分析。结果表明,EUROTROUGH聚光器的支撑机构性能最优。此外,还对抛物面聚光镜和主要的槽式太阳能集热管技术进行了讨论分析。

关于复合抛物面聚光器设计参数的研究

针对现行复合抛物面聚光器(CPC)设计理论不能直接支持在tracepro软件中建立模型的不足,结合tracepro的特点,推导了实际设计和建模所需要的焦距f,入射口半径r及最大聚光角θ_(max)三个关键参数的计算方法并实现了CPC的建模。该方法为CPC的定量设计提供了数学依据,有利于优化设计以及光学模拟和光学分析的实现,从而提高了设计效率,为其在太阳能利用和照明领域等非成像光学应用方面提供更好的使用价值和前景。

用于发电的太阳能聚光热管集热器

复合槽形抛物面和渐开线反射镜面的聚光吸收太阳能的热管集热器 ,平均集热温度高达16 4℃ ,并省去了复杂的跟踪机构。用热管作太阳吸收体 ,传热效率高 ,向大气反向传热损失少。圆筒形换热器的热水温度 16 0℃ ,饱和水蒸气压力 4 0 .6kg .f cm2 。

煤炭与太阳能互补发电系统四季典型日变辐照聚光集热性能研究

光煤互补发电系统能将300℃以下的中低温太阳热能与传统燃煤电站相结合,用以替代回热抽汽加热给水,从而增加汽轮机出功。对传统的单轴跟踪槽式太阳能集热器用于光煤互补电站的热力性能进行了分析,并对其损失分布进行了研究。针对损失分布特性,提出了一种倾斜跟踪轴的槽式太阳能聚光集热器,并对该聚光集热器用于光煤互补电站后四季典型日的余弦损失、集热效率、太阳能瞬时功率、年均性能等进行了分析。结果表明,当跟踪轴倾斜角为15°时,年均余弦损失将从17.0%下降到9.8%,从而使年均集热效率从52.3%提升到59.5%,年均太阳能净发电效率从19.1%提升到21.7%,太阳能年发电量从17.2GW?h增加到19.6GW?h。

基于单片机的小型槽式太阳能集热器跟踪系统的设计

阐述了太阳能小型槽式集热器自动跟踪系统软硬件的设计过程,解决了小型槽式集热器自动跟踪的问题。采用单片机进行数据采集和过程控制,采用触摸屏进行人机对话,在大幅度降低成本的同时,保证了跟踪系统的精度,对于小型槽式集热器在太阳能中温领域的推广起到了极大的推动作用。

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。

槽式太阳能真空集热管的热损失测量

真空集热管是槽式太阳能热发电系统聚光集热器的关键部件,其热损失的大小直接关系到系统的光-热效率。通过对由6根真空集热管组成的13 m管道的热损失分析,结果表明,在导热油温度105~313℃的范围内,辐射散热损失占总的热损失的70%~90%;准静态平衡法测得的热损失较稳态平衡法测得的热损失大,在高温时(290℃)测得的热损失是稳态平衡法的1.18倍;同SCHOTT公司的PTR70真空集热管相比,实验用真空集热管的热损失是其热损失的1.2倍左右。

低熔点熔盐在槽式太阳能集热中的初步实验研究

为了掌握熔盐在槽式太阳能热发电中的运行规律,将一种熔点86℃、上限工作温度550℃的低熔点熔盐Hts用于所搭建槽式太阳能聚光集热试验台的传热工质,测得稳定、可靠的熔盐流量,得到集热管在不同熔盐温度下的热损失,初步掌握熔盐在槽式太阳能集热系统中的运行规律。通过实验运行解决熔盐在槽式太阳能热发电系统中易于凝固堵塞管路和设备、非聚光状态下能耗过高的问题,进一步提高系统的可靠性。

DSG型抛物面槽式太阳能热电站热力系统实时动态仿真模型研究

采用模块化建模方法研究了无蓄热装置再循环方式直接产生蒸汽型抛物面槽式太阳能热动力发电站(solar thermal power plant using direct steam generation in parabolic trough collectors filed,DSG-PTCs-STTP)热力系统动态仿真模型。依照守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本关系式,在一定简化条件下,研究了抛物面槽式聚光集热系统的聚光器、预热段、蒸发段、过热段及汽水缓冲分离器的数学模型,结合其他已有的仿真模型(如流体网络、汽轮机、凝汽器、除氧器、水泵、发电励磁等过程及设备模型等),建立了完整的DSG-PTCs-STTP热力系统实时动态仿真模型。仿真试验表明所开发的仿真模型能够正确反映研究对象热力系统动态特性和全工况运行过程,模型运算稳定可靠。可用于DSG-PTCs-STTP机组实时仿真系统的开发,还可为机组运行特性研究和控制系统验证提供良好的非线性对象模型。

线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置与优化

单根真空集热管和复合抛物面聚光器(CPC)组成的接收器(单管接收器)对线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置有特殊要求。本文根据单管接收器的特点,提出了利用CPC最大接受半角控制镜场高宽比实现镜场无阴影布置的方法。利用几何关系推导了镜场无阴影布置的数学表达式,并给出了数值计算方法。通过算例,将一次反射镜和镜场中心的距离与镜场地面覆盖率相结合对镜场布置进行了优化。研究结果表明:对于CPC最大接受半角为45°、反射镜宽度为380mm、而反射镜列数为21的镜场,当系统无阴影工作时间确定为6h时,相邻一次反射镜间距最大为537mm较为合理,而此时地面覆盖率为73.28%。该方法对于单管接收器线性菲涅尔聚光镜场的布置具有普适性,对线性菲涅尔式聚光系统的设计具有较好的指导意义。

再循环式光．煤互补复合发电系统的热经济状态方程

基于火电机组热力系统的结构特性及其热力特性,运用系统工程观点,提出一种新型再循环式太阳能集热系统与火电机组热力系统的集成方式,建立该再循环式光-煤互补复合发电系统的热经济性状态方程。该方程的结构与复合发电系统的结构一一对应,能从整体上反映出太阳能以及机组辅助汽水进出系统对机组运行热经济性产生的影响及其规律。以300 MW火电机组为例,分析再循环式光-煤互补复合发电系统中太阳能集热系统出口蒸汽替代热力系统各级抽汽的热经济性,结果表明替代蒸汽的运行参数越高,复合发电系统的热经济性越好。