槽式太阳能聚光集热系统设计研究

发布时间：2020-06-30 07:22

【摘要】：槽式太阳能集热技术是近年应用越来越广泛的清洁能源技术。我国有丰富的太阳能资源，太阳能集热技术在我国有良好的发展前景。槽式太阳能集热系统除了可以发电使用外，还可以在工业领域内大规模应用。鉴于我国目前还没有成熟的商用槽式太阳能集热系统，本文对槽式太阳能集热系统的设计和应用展开研究，主要内容如下：通过对太阳辐射相关的基本概念和参数的介绍，研究了晴空条件直接太阳辐射的计算，使用Matlab中的simulink工具建立了直接太阳辐射的计算模型，并选用不同城市的实测结果与之对比，结果显示模型的最大相对误差不超过10%，证明模型具有一定的精确度，可用于直接太阳辐射的估算；研究了槽式太阳能集热器光学效率的计算方法，使用simulink建立了槽式太阳能集热器光学效率计算模型，并以此模型与实际的LS-2、LS-3型槽式太阳能集热器做对比，经验证，槽式太阳能集热器光学效率计算模型的相对误差小于5%，具有一定的精确度，可用于槽式太阳能集热器光学效率的计算。研究了槽式太阳能集热器真空管的换热过程，分析了真空管的基本换热过程，在此基础上提出了真空管集热器热损失的计算方法，并用simulink工具采用循环迭代的方法建立了太阳能集热器真空管热损失计算模型，并和LS-2实验结果对比，结果显示最大相对误差不超过6%，证明此模型具有一定的精确度，可用于槽式真空管的热损分析和设计；提出了集热场集热效率计算和集热场布局设计方法，并使用simulink建立了模型。针对某油田的蒸汽负荷状况，设计了槽式太阳能油田蒸汽生产系统方案，计算了不同蒸汽参数下集热场的布局状况；在此基础上对不同方案的蒸汽参数和集热场面积关系进行了分析，发现集热场面积变化趋势与蒸汽参数变化基本成正比关系，但集热场的布置的影响会使总体趋势出现一定的波动；分析了同一蒸汽参数下最佳的集热场出口温度，得出当集热场出口温度与蒸汽温度端差较小时集热场占地面积较小；分析了不同方案的月均蒸发量，得出采用蓄热方式可以有效的改善蒸汽生产的波动性，保持蒸汽产量的稳定性的结论；分析了不同蓄热时长对蒸汽生产的影响，5h蓄热时长可以同时兼顾能量的充分利用和蒸汽生产的平稳性。介绍了槽式太阳能集热实验系统的基本原理和实验参数的设定，阐述了实验系统中槽式太阳能集热器、管路热系统和数据采集监控系统的构成，搭建了槽式太阳能集热实验系统，可用于槽式太阳能集热器热性能和槽式集热实验系统的运行研究。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513.1
【图文】：

双回路系统,单回路,电站,太阳能热发电系统

(b) 双回路系统图 1-1 单回路和双回路系统结构简图槽式太阳能热发电系统在美国已具有大规模商业化运行的经验。美国和以色建的 Luz 公司从 1985~1991 年短短的七年间投资 12 亿美元在美国加州 Mojav兴建了 9 座槽式太阳能热发电系统（SEGS I—SEGS IX），总装机容量达 354M今仍在运行。这九座电站的建立和运行极大的推动了太阳能热发电技术的发展 1-1 为 SEGS 系列电站的基本参数[35]。槽式太阳能热发电技术在美国、西班牙国已得到充分的发展和应用。表 1-1 SEGS 系列电站相关参数电站名称 SEGS I SEGS SEG SEGS SEGS SEGS SEGS SEGS SE运行时间 1984 1985 1986 1986 1987 1988 1988 1989 1净发电功率13.8 30 30 30 30 30 30 80 净发电量30.1 80.5 91.3 91.3 99.2 90.9 92.6 252.8 2占地面积29 67 80 80 87 66 68 162 1集热场面积8.9 19 23 23 25.1 18.8 19.4 46.4 4

运行轨迹

图 2-1 日地运行轨迹图与聚光式太阳能热利用相关的参数主要有下述参数：1) 太阳赤纬角地心与太阳中心连线与赤道平面的夹角定义为太阳赤纬角，是一个随时间，变化范围为±23°27′。赤纬角是和地理位置无关的量，可由式 2-1 来计算]365360(284)23.45sin[+=nδ 式中，n 为日期序号，1 月 1 日时，n=1。上式所得的单位为角度。春分和秋分时，δ =0；冬至时，δ =-23.5°，夏至时，δ =23.5°。2) 真太阳时地球相对于太阳的自转并不是均匀的，并不是每天都是严格的 24 小时，真的正午，太阳在空中最高处，此时阳光直射当地子午线，与标准时间的换式 2-2[49]：

【参考文献】