槽式腔体太阳能系统集热储能特性模拟优化及供热性能研究

发布时间：2020-07-28 14:27

【摘要】：太阳能槽式系统几何聚光比的范围较宽,具有光热转换效率高、集热温度高、易于规模化阵列布局、热能获取体量大等优点,是光热利用的主要技术方法之一,在太阳能热电厂中较为多见,但其存在投资成本过高、金属直通式玻璃真空管吸收器昂贵易碎的问题,在中低温领域的工农业生产中并不利于规模化推广应用。本文以实现太阳能槽式系统在中低温范围内的低成本、高效集热利用为目标,开展了槽式腔体太阳能集热器在集热、储能热工过程中的模拟优化以及供能耦合匹配特性的研究,主要研究工作包括:(1)理论上分析了腔体吸收器的光热转换原理及工质管道、储能油箱、油/水换热器、储能水箱的传热形式,依据各部件热阻网络推导了部件出口处工质温度的表达式,分别构建了槽式腔体太阳能集热系统和集换热储能系统的传热数学模型,引入卡尔曼算法改善了工质温度的模拟结果,工质温度的相对误差在2.0%以内,而集热效率和储热效率的平均相对误差分别为4.25%、1.80%,结合实例验证了两数学模型的适用性。(2)利用已构建的传热数学模型,探究了太阳辐射强度、工质温度、工质流速、热负荷等因素对集热特性和集换热储能特性的影响作用,提出了集热系统稳定输出热能的控制策略和储能系统热储效率提升的实现方法,依据太阳辐射强度调节工质流速至最佳值的方法可实现集热器在100~140℃范围内的10kW热能稳定输出功能,同时有助于提升集换热储能系统效率至20.94%。从聚光器结构改善和集热性能提升角度优化设计了基于GPS和角度传感器的槽式太阳能程序跟踪系统,实测显示跟踪精度为0.23°,且符合理论跟踪精度,与光电跟踪模式下的实验结果进行对比,表明在跟踪精度和聚光器运行平稳性方面都有所提高。(3)针对特定地区冬季日照条件良好但气温偏低的情况,搭建了太阳能槽式腔体集换热储能与室内风机盘管机组结合式供暖系统,开展了供暖特性和耦合匹配方面的分析。对太阳能槽式腔体集热供能装置的热能高效利用问题进行了探索性研究,实验表明持续供暖功率为7.34kW,供暖过程的系统效率为22.37%,而去除余弦效应影响情况下的系统效率可达27.39%。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK513.1
【图文】：

增长预测,能源需求

图 1.2 2040 年能源需求增长预测际可再生能源的开发利用新形势，我国的能源结构显现出较大出重大调整。在我国当前的能源消费结构当中煤炭占比达到然气、核电、可再生能源等清洁能源的占比较低，尤其风能有 1.2%，这种情形与我国的太阳能资源占有量是不相匹配的出我国西部及西北的广大地区年均辐照量在 5000MJ/m2以上于 2000h，能够满足大规模光热、光伏的利用需求。因此，存在巨大的开发潜力，其利用市场还有广阔的发展空间。

太阳能资源

图 1.2 2040 年能源需求增长预测可再生能源的开发利用新形势，我国的能源结构显现出较重大调整。在我国当前的能源消费结构当中煤炭占比达到气、核电、可再生能源等清洁能源的占比较低，尤其风能 1.2%，这种情形与我国的太阳能资源占有量是不相匹配的我国西部及西北的广大地区年均辐照量在 5000MJ/m2以上 2000h，能够满足大规模光热、光伏的利用需求。因此，在巨大的开发潜力，其利用市场还有广阔的发展空间。

集热,集热器,热能,线聚焦

图 1.4 线聚焦抛物槽式太阳能光热发电厂集热器在工农业应用中需主要考虑的三个因素为聚光集热能。聚光集热是获取太阳能资源的关键过程，通常借助集程可描述为：聚光镜在跟踪装置引导下连续不断地将太阳置的太阳能吸收器接收高密度光线并将太阳辐射能转化为收器内部流动的工质吸收。聚光集热过程中所涉及的聚光器、工质的性能都会对集热能力产生较大影响[17,18,19]，的性能以增强抛物槽式的集热能力是不得不思考的问题，针对相关问题开展了研究。是抛物槽式集热器得以应用的必要技术手段，受太阳辐射集热器输出的热能存在一定程度的不稳定性，甚至输出的实际利用的要求，此时，给集热器后端添加热能存储装置定输出的效果，还可以为热能分时段利用提供可能性。储

【参考文献】