新型集中式太阳能发电系统的研究

作     者：MUHAMMAD AQEEL ANJUM 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈九法

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：CSP系统 控制策略 热流密度 ANSYS 

摘      要：聚光太阳能发电（CSP）技术能够同时满足热能和电能的需求。在不影响环境的前提下实现有机朗肯循环（ORC）系统要求的入口温度是个值得研究的问题。本研究的主要目的是利用有机流体及不同的控制策略通过模拟来控制系统,以获得最大的热效率。热油已被广泛用于具有正温度系数热敏电阻（PTC）的太阳能热电厂。然而,热油具有工作温度的限制,且对环境有污染,因此需要使用替代工作流体。此外,本文还着重介绍了基于PTC的CSP技术的强化传热方法的最新进展。本文主要进行了以下的研究工作:1)本文设计了用于有机朗肯循环的聚光太阳能发电系统。该系统旨在通过新颖的设计控制不同条件下的有机朗肯循环。在该系统中,我们可以在不同的工况中如正常流量,旁通流量,以及在没有阳光的情况下使用辅助锅炉中的换热流体。该系统是有机朗肯循环系统的一部分,容量为100 kWt和100 kWe。本文中只研究了8个带有4米流体管的抛物面集热器。假设therminol-66 HTF适用于该系统。2)本文考虑了使用有机流体对抛物面集热器从太阳射线中吸收热量的影响。Autodesk Inventor软件用于为所选系统创建三维模型,并使用ANSYS软件进行热分析。利用ANSYS软件计算了该系统的平均太阳辐照度,结果为718 W/m。初始温度为80℃时供Therminol-66。昆明作为云南省的省会,也是中国西南地区最大的城市,于6月18日12:18被选定。利用这些数据作为ANSYS软件的输入,对运行1小时后的有机流体传热进行模拟,结果如下。仿真结果如下:利用ANSYS对系统进行了模拟,得到了系统的仿真结果。1)质量流量为0.0694 g/s运行时,1 h内有机流体温度升高115℃。2)辐射热量通过玻璃和真空层转移到流体表面,真空层功率损失,因此管表面的值上升到729 W/m。3)通过导热将热量传到流体,温度在1 h内上升了115℃。考虑到系统将由3个具有相同几何形状的抛物线接收器串联而成,温度值在可接受范围内。在整个系统中,可以认为therminol-66从3个串联抛物型集热器系统的出口温度将在250℃左右,该温度适合有机朗肯循环的温度要求,并将提供较高的系统效率。