槽式光热电站热力系统整体数学模型及动态特性研究

作     者：吴辉 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈红

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：槽式太阳能光热发电 整体数学模型 流体微元追踪算法 动态特性 

摘      要：抛物槽式太阳能光热电站因其较高的效率、较低的运行成本等特点而成为目前商业化最成熟的光热电站。由于太阳辐射的间歇性和随机性特点,槽式太阳能光热电站在运行过程中常出现工况大幅变动现象,使得系统的控制问题十分复杂。掌握槽式光热电站热力系统的动态特性可为系统安全稳定地运行及控制提供必要支持。为明晰系统的动态特性,本文以建立槽式光热电站热力系统整体数学模型为基本出发点,在过程数学描述、数值分析方法及其应用等几个方面进行研究工作。主要内容如下:(1)太阳能光热发电热力参数具有显著的分布参数特性。本文基于拉格朗日流体微元追踪思想,建立了集热器、蒸汽发生系统预热器及过热器的一维分布参数模型并开发了相应的流体微元追踪(Fluid Parcel-Tracking,FPT)算法。构建了蒸汽发生系统内水侧单相流体(热水/干蒸汽)和两相流体热力参数变化规律的统一描述,从而实现了单相流体与两相流体热力参数的通用计算。借助已有结果,验证了所建立的集热器与蒸汽发生系统模型及FPT算法的可靠性。(2)基于上述建立的分布参数模型及FPT算法,研究了槽式光热电站集热器和蒸汽发生系统的动态特性。考察了不同传热工质在典型扰动工况(集热器入口工质温度、入口工质流量、太阳辐射强度扰动)下集热器内工质温度的瞬态分布及动态响应。并研究了蒸汽发生系统水侧发生扰动(给水流量、给水温度、出口蒸汽阀门开度扰动)和油侧发生扰动(入口油温、入口油量扰动)时,其主要出口参数的动态特性。数值试验结果表明,本文提供的分布参数模型及FPT算法能够合理地反映槽式太阳能光热电站集热器及蒸汽发生系统内工质主要热力参数的动态变化规律。(3)采用模块化建模思想,构建了槽式光热电站的泵、阀门、汽轮机模型并同上述所构建的集热器与蒸汽发生系统模型一同建立了槽式光热电站热力系统整体模型。开展了在太阳辐射强度、集热器入口工质流量、入口工质温度扰动下槽式光热电站的动态仿真试验,得到了槽式太阳能光热电站热力系统主要工质参数的动态变化规律。上述所构建的模型及所得到的相应动态试验结论,可为抛物槽式光热电站的热工过程控制提供指导依据。