槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究

建立了槽式抛物面太阳能聚焦集热器(PTC)的一维、非稳态传热模型,给出了沿轴线的光强分布公式,对PTC的热性能进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果的误差在4.61%以内,两者吻合较好,验证了模型的合理性。对采用不同形式集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能进行了分析对比,结果显示,采用PTC的太阳能吸收式制冷系统具有最佳的系统性能。

槽式抛物面太阳能热发电系统发展现状与探讨

介绍了太阳能聚光热发电技术的基础,阐述了槽式抛物面太阳能热发电的基本原理及系统结构,并介绍了槽式太阳能热发电技术的发展历程及研究现状。结合我国的国情,探讨了槽式抛物面太阳能热发电技术未来发展的主要问题,并尝试给出了相应的解决对策。

四重槽式抛物面聚光器的设计

针对传统大型抛物面聚光器制造难度大,成本高,光源利用不灵活以及辐射度小的缺点,提出了一种新型太阳能聚光器。该四重槽式抛物面聚光器由四个槽式抛物面和定向传输装置组成。它们分别用来实现太阳光的汇聚和定向传输。同时,完成了对聚光器关键部位受风阻力矩、惯性力矩等条件下的校核。在平行均匀光束、800W/m2光源辐射度、300K环境温度下,利用TracePro7.0分析了三种不同反射率材料聚光器的光能辐射模拟。结果表明:该四重槽式抛物面聚光器具有优越性和实用性。

抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

抛物面槽式太阳能集热器场热损失分析

在已有的计算集热器场吸收有用能量模型的基础上,加入影响集热器场效率的热学因素,优化了集热器场效率计算模型,并验证了优化模型的精确性。利用优化模型对抛物面槽式太阳能集热器场热损失机理进行了研究。结果表明,集热器集热元件热效率、入射角以及由入射角引起的端部损失是影响集热器场效率的主要因素。在太阳辐射强度一定的情况下,入射角越小、集热器热收集元件的热效率越高时,集热器场效率越高。

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。

抛物面槽式太阳能集热器热性能稳态与动态测试方法的比较

抛物面槽式太阳能集热器热性能测试主要可以分为稳态和动态测试2种方法,依据二者所采用的物理模型,比较它们的应用范围,并且分析各自的优缺点.基于北京延庆实验平台测得的天气和集热器运行数据,运用最小二乘法进行模型的多元回归,得到稳态测试模型和动态测试模型的判定系数分别为0.58和0.96.研究表明:对于稳态测试方法,虽然物理参数少,但测试条件要求极高,只能在特定的实验装置上进行,不适合于实际运行方式下的槽式集热器;而动态测试方法充分考虑集热器的光学响应和热容特性,因此很大程度上降低了测试条件,使现场规模化槽式集热器热性能测试成为可能,是未来标准测试方法的发展趋势.

抛物面槽式太阳能集热器热力性能研究

在已有集热器传热模型的基础上,进行简化,不失模型精度以及主要影响因素均能反应的前提下,简化了模型,便于工程的计算与分析。结果表明,集热器热效率随着流体温度的升高而变小,流体温度小于300℃时,无论集热器处于何种运行工况以及何种流量,其热效率都为60~70%;当真空区域空气压力小于13 332.2 Pa时,集热器效率变化较快,大于13 332.2 Pa时,效率几乎不变;集热器效率随着太阳辐射强度的增加而变大,450~950 W/m2是集热器运行的最佳辐射区间;当风速小于5 m/s时,大气温度越高,集热器热效率越高。

熔融盐在抛物面槽式聚热器及其系统的研究现状

熔融盐作为抛物面槽式系统的传热工质,有利于提高抛物面槽式系统效率和降低成本。目前熔融盐抛物面槽式系统处于实验验证阶段,还没有大规模的商业应用。针对熔融盐抛物面槽式系统可能存在的问题,从熔融盐PTC的结构、熔融盐性质、熔融盐抛物面槽式系统等方面进行了综合调研与分析,展望了熔融盐在抛物面槽式系统利用中的研究方向。

流量对抛物面槽式太阳能集热器传热特性影响的实验分析

抛物面槽式太阳能集热器被广泛应用于中温太阳能工业热利用和高温太阳能热发电领域,然而太阳能间歇性的固有缺陷与供能系统期望的稳定连续运行相悖。通常通过调节流量使变太阳辐照条件下运行的槽式集热器提供相对稳定的有用能量输出,进而对其下游设备的稳定性起着关键作用。为了研究流量变化对集热器瞬态热行为的影响,通过人工调节造成流量的阶跃变化来开展实验,并且研究分析了在不同流量下的雷诺数、努塞尔数和传热流体对流换热系数。

微型抛物面槽式聚光集热器光学性能研究

为使太阳能聚光集热器与建筑更好地结合,提出了一种聚光比为3.4的微型抛物面槽式聚光集热器。从光传播损失、余弦损失以及阴影损失3个方面,建立了微型抛物面槽式聚光集热器光学效率的理论模型;用Sol Trace对微型抛物面槽式聚光集热器的光学效率进行了模拟计算,计算了南北水平和东西水平放置下春分、夏至、秋分和冬至日的平均光学效率,并讨论了集热器与水平面倾角δ对光学效率的影响。结果发现:阴影损失是影响该集热器光学性能的主要因素;集热器南北和东西水平放置时的光学效率分别为54%和48%,而东西放置且与水平面倾角为60°时的光学效率为51%。因此,该集热器可用于建筑物屋顶以及南立面墙,具有很好的应用前景。

抛物面槽式太阳能SolTrace模拟与实验分析

结合抛物面槽式聚光器的光学特性,应用Sol Tarce光学仿真模拟软件,采用蒙特卡洛射线追踪法对设计搭建的呈东西轴布置的抛物面槽式聚光集热实验系统,建立光学系统模型并进行Sol Tarce模拟分析,获得抛物面槽式吸热管在当天不同时刻下及不同太阳直射辐照度下的有效辐射能通量和抛物面槽式吸热管壁面的能流密度分布,并将模拟得到的结果与实测实验数据进行对比分析,结果表明:模拟结果与实验数据具有较好的一致性,最小及最大偏差分别为8.1%和16.4%,实验数据可较好地验证Sol Tarce模拟系统的可行性及模拟结果的可信度,抛物面槽式吸热管吸收太阳辐射能受太阳光入射角和太阳辐照度的影响较大。模拟结果能够有效地反映聚光型太阳能热发电系统的光学性能及热性能,为聚光型太阳能热发电系统的设计与优化以及工程应用提供参考依据。

抛物面槽式太阳能集热器性能分析

为研究抛物面槽式太阳能光热电站热力系统的动态特性,以美国SEGS电站Ⅵ号机组(SEGSⅥ)为对象,采用理论建模和数学计算的方法对抛物面槽式太阳能电站聚光集热器的性能进行了分析。根据太阳时的变化,通过计算南北放置、东西跟踪抛物面槽式太阳能集热器的入射角,分析抛物面槽式集热器的余弦效应、入射角修正因子、行间遮挡和端部损失的变化情况,以及各几何损失和光学损失对集热器获得有效太阳辐射能的影响程度。结果表明:不同季节典型日几何损失对集热器获得有效辐射能的影响夏季最小,冬季最大;所有几何损失中,余弦效应是影响集热器获得有效辐射能的主要因素。研究结果为SEGSⅥ电站热力系统实时动态仿真模型提供全面可靠的基础数据。

槽式聚光热电联供系统抛物反射面的性能参数分析

分析了跟踪方式和太阳张角对理想槽式抛物面反射镜的影响,给出了几何聚光比、相对口径、能流分布、边界角之间的函数关系式。在理想情况下,边界角δ为44.87°时,槽式聚光器的最大聚光比为212.59,此时相对口径为1.652 m。讨论了北京、上海、昆明等地单轴跟踪在全年不同时刻入射角余弦值的变化规律。采取东-西水平轴跟踪时,入射角余弦值与各地纬度无关;采取南-北水平轴跟踪时,春冬两季每天不同时刻入射角的变化范围较大,夏秋两季的变化范围较小。文章针对不同宽度太阳电池和聚光比对抛物镜面参数进行了设计分析。

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。

直接空冷型槽式太阳能发热电系统技术经济分析

以50 MW槽式太阳能直接空冷发电系统为研究对象,基于光电效率、发电量、度电成本评价指标,对空冷光热机组和水冷机组的年热力性能与经济性进行比较分析研究。结果表明:在储热时长9 h下,当以年光电效率最高为优化目标时,空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为425100 m^(2)(集热场回路数130)和398940 m^(2)(集热场回路数122),对应的年光电效率分别为13.19%和13.84%;当以发电成本最低为目标时空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为647460 m^(2)(集热场回路数198)和623100 m^(2)(集热场回路数190),对应的发电成本分别为1.118元/kWh和1.069元/kWh。

大型槽式聚光器面形摄影测量网络规划方法研究

大型槽式太阳能聚光器抛物型镜面尺寸大,要求测量精度高,需要合理稳定的摄影测量网络完成对抛物面形的三维重构。为了提高对聚光器面形的检测精度,避免测量网络选择的盲目性,提出并实现了一种基于遗传算法的摄影测量网络规划方法,研究空间点目标的三维重构过程,将空间点三维重构不确定度作为评价网络优劣的依据并设计遗传算法。针对实验室控制场及太阳能聚光器镜面实际场,首先根据实际测量环境约束进行仿真研究,得到优化后的摄影测量网络,然后通过实测实验对仿真结果进行验证。实验结果表明,在给定测量条件下,利用仿真得到的摄影测量网络进行布站,可以提高面形测量精度,验证了算法的可行性。

抛物面式支架几何结构的视觉引导调节

抛物面槽式太阳能聚热器支架的几何量误差影响反射镜及吸热管的安装精度,从而降低聚热效率。目前没有有效的方法指导聚热器支架的高精度组装和调节。提出一种聚热器支架几何结构的视觉引导调节方法。首先,通过动态摄影测量系统实时测量各支撑点的空间位置和角度;然后,通过一种吸热管位置约束的非线性优化方法求解最优坐标变换关系,将位置和角度的测量数据对齐至设计坐标系下,获得几何量的误差和调节量;最后,提出一种基于渐变伪彩色的调节量可视化方法,辅助PTC支架的现场人工调节。本方法不需要定义物理参考坐标系,对于支架姿态没有要求,能够在组装现场实现聚热器支架的快速、高精度调节。将本方法应用于轻型槽式聚热器支架（PTC）,空间位置的调节精度优于0.15 mm,角度调节精度优于0.15°,经过调节的聚热器截断因子提升至97%,满足聚热因子对于支架几何质量的需求。

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。