聚光太阳能燃料转化机理研究

发布时间：2021-01-20 06:04

　　随着全球能源需求的快速增长,传统化石能源的大量使用导致的温室效应和大气污染等环境问题与能源安全问题日益严峻,因此迫切需要开发清洁能源部分或完全替代现有的化石能源。太阳能是储量丰富的可再生能源,因其清洁、取之不尽用之不竭的优点而备受关注。但是目前太阳能利用仍面临效率低、成本高以及供能不稳定等问题。这一方面是受制于太阳能的间歇性与不稳定的特点;另一方面是太阳能向其它形式能量的转换利用过程中存在较大不可逆损失,其相关过程缺少理论指导。本学位论文依托国家自然科学基金与国家重点研发计划等科研课题,探索了太阳能高、中温热化学理论,并搭建了相关的实验平台,分析了太阳能热化学系统中限制效率提升的瓶颈问题,提出太阳能利用效率的提升机理,建造了通用太阳模拟器实验平台,并依托太阳模拟器进行了相关实验研究。本文的主要内容与结论如下:1.从能的品位出发,探索了太阳能-化学能过程中的能量转换与损失机理;采用温-熵图分析方法对太阳能高温热化学循环进行分析,分析太阳能热化学循环过程中聚光比、温度、压力、运行模式等关键参数对系统效率的影响;最后从减小太阳能利用不可逆损失与提升太阳热能品位的角度,提出了太阳能热化学方法中... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：192 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?ＩＥＡ２０１１年关于世界能源随时间的变化??

能热化学方法具有全光谱利用太阳能的优势。其主要原理是通过热化学反应过程，??利用聚焦的太阳能驱动吸热的化学反应，将聚集的太阳能转化为碳氢燃料的化学??能，其主要的技术路线如图１－２所示［１４Ｌ主要分为太阳能与传统化石能源互补的??中、低温热化学方法和太阳能直接分解水或二氧化碳的高温热化学方法两种类型。??相比于太阳能光伏发电技术，热化学方法理论上除了辐射损失一部分能量之外，??其余的能量都可以转换为燃料的化学能，因此其具有较高的太阳能－化学能效率??的潜力，是太阳能利用中最有前景的方式之一。??？??Ｃｏｎｃａｎｔｒａｔｅｄ??Ｓｏｔａｒ?Ｅｒｗｒｇｙ??Ｈ２０／Ｃ０２－ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?Ｄｅｃａｒｔｏｎｉｚａｔｉｏｎ??：／ｌ．?＾＿＿，：?！?，?１，?１?＼?Ｉ?ＴＴＴ！??！?Ｓｏｉａｒ?ｔｖ?Ｓ〇ｂｒ?．，丨?丨?Ｓｏｂｒ?Ｓｏｌａｒ?［??；Ｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ?Ｔ＊ＷｒＪ＾ｍＣａｌ?；?；?Ｃｒａｃｋｉｎｇ?Ｒ？ｆｏｍｔｈｉｇ?Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?？??Ｓｏｌａｒ?Ｆｕｅｌｓ??图１－２太阳能热化学燃料转换方法Ｍ??太阳能热化学研究是一种重要的太阳能热利用方式，主要分为低温热化学、??中温热化学与高温热化学三个领域，其主要利用太阳能来生产燃料，将太阳能转??换为燃料的化学能。太阳能低温热化学温度一般在２００？３００°Ｃ

?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ａｔｍ）??图１－３甲烷重整的热力学转化率Ｍ??图１－３为甲烷干湿重整在不同反应条件下（温度、压力），反应达到热力学??平衡状态时甲烷的理论转化率。从图中可以看出，当重整反应压力为ｌａｔｍ，温??度为８００°Ｃ时，甲烷的湿重整的转化率已经到达１００％，千重整的转化率接近９０％。??但在实验反应中由于反应的动力学限制，其实际转化率通常远低于此数值（比如??５０％），因此甲烷重整反应一般都需要使用催化剂来加快反应速率，提高反应系??统的动力学性能，使之能够接近热力学结果。??甲烷重整制氢反应多以负载型金属催化剂最为常见，按金属活性组分可分为??贵金属和非贵金属两类。催化剂一般附着在Ａ１２０３、Ｚｒ０２及Ｃｅ－Ｚｒ０２等载体上。??载体的作用是增加催化剂整体比表面积和保证良好传热传质结构，有利于反应物??质在催化剂表面吸附

【参考文献】：
期刊论文
[1]国外大型太阳模拟器研制技术概述[J]. 杨林华,李竑松.  航天器环境工程. 2009(02)
[2]稀土钙钛矿催化剂制备方法的研究进展[J]. 冉锐,吴晓东,翁端.  稀土. 2004(05)



本文编号：2988527