塔式腔体接收器性能研究及结构优化

发布时间：2020-04-23 09:42

【摘要】：塔式太阳能热发电技术是目前在大规模发电上具有很广阔的应用前景的光热发电技术。塔式太阳能热发电系统主要包括聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统以及发电子系统。其中,接收器是集热子系统中的重要部件,在系统光热转换过程中起着重要作用,因此接收器性能的优劣对整个系统的性能具有重要影响。因此本文开展了基于塔式太阳能热发电系统的腔体式接收器的性能研究及结构优化,主要的研究内容包括:(1)根据本文研究所需的夏至日正午十二时的德令哈的太阳辐照条件,通过定日镜场的追日跟踪模型对塔式系统的定日镜布局进行设计,并对塔式系统中的光源设置与载热介质进行合理的选取。(2)自行设计并利用SolidWorks软件建立四种不同形状(球型、圆柱型、圆锥型以及平顶圆锥型)的腔体式接收器的三维模型,通过TracePro软件研究不同结构参数的接收器在塔式系统中的光学性能的优劣。研究结果表明,在给定的塔式太阳能热发电系统中,具有相同腔口尺寸但面积比值(腔口面积/接收器吸收面总面积)不同的接收器的光学效率均在90%以上,反射光损较小,其中,圆锥型与球型接收器对入口光线具有较好的“吸收”能力且能流密度分布比其余两种形状的接收器均匀。(3)根据光学性能模拟结果,本文对面积比值为0.2的球型腔式接收器进行进一步的分析研究。自行设计球型腔式接收器的尺寸参数,并对其光学性能与热效率进行分析。研究结果表明,面积比值为0.2的球型接收器内壁面上能流密度分布随腔口的增大而更均匀,且随腔口的变化有较大变化;内壁面光损随腔口增大而增大,但由于光损占总光通量份额较小,故光学效率略微减小。球型腔式接收器整体的热效率则随腔口的增大而减小,热损失增大;当腔口半径为0.6m的球型腔式接收器的热损失最小,热效率最大,达到了79%;在辐射损失、对流损失、反射损失三项热损失中,对流损失受腔口尺寸影响最大,辐射损失次之,由于面积比值为定值,故反射损失则与之无关。
【图文】：

图 1-1 熔融盐塔式光热发电系统1.2.2 塔式光热发电站国内外发展现状在 20 世纪末，许多国家陆续开始建设塔式太阳能热发电站，但主要出现在美国和西班牙等发达国家，并且在最初几年，电站的装机容量只有几兆瓦，直到 1996 年在 SolaOne 的基础上进行改进的 Solar Two 也只达到了 10MW，但这些电站的成功运行，不仅为后来的塔式太阳能热发电系统的建设提供了可靠的参考与丰富技术经验，同时更证明了塔式太阳能热发电技术的可行性以及经济效益。而到了 21 世纪时，塔式太阳能热发电站的装机容量随着技术的成熟发展与进步也获得了很大的提升，，最高的装机容量达到了 392MW。2011 年，西班牙建设的 Gemasola电站利用熔融盐蓄热技术，弥补了太阳能本身间歇性等不足，实现了光热发电系统的 2小时无间歇的持续发电。与国外的塔式太阳能热发电技术发展相比，我国的塔式太阳能

外露式接收器和腔式接收器均属于间接式的接收器，两者的常见结构分别如图 1- 1-3 所示。此处两类接收器均为管状接收器，即布置有管束，载热介质在管内工作，前者管束布置在外部，后者布置在腔内。由于管束布置的不同，腔式太阳能接收损相对较小，热效率较高，因为外露式接收器的吸热管直接暴露在环境中。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615

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