太阳能热风发电的优化研究

【摘要】：能源是人类生产生活和社会经济发展的重要物质基础。目前全球能源形势严峻,传统的不可再生能源已面临枯竭,新能源与可再生能源的开发迫在眉睫。在众多的可再生能源中,太阳能有其巨大优势:能量巨大、普遍、经济、无污染,但太阳能发电技术的应用还未普及。太阳能热风发电系统有很大开发潜力,该系统由集热棚、导流塔囱和涡轮发电机组组成,适于太阳辐射强的沙漠地区。 本课题通过模拟不同太阳能热风发电系统内部结构,尝试得出系统内部的优化结构,提高太阳能的转换效率,模拟的条件综合考虑外部气象因素。研究蓄热介质沙子的储热换热特性和进行理论分析及计算,并为在乌海金沙湾地区建设一座沙漠太阳能热风发电站的设计提供理论依据。 本文收集、整理和分析了内蒙古乌海市以及乌海金沙湾地区的地理环境和太阳能资源的相关资料,说明内蒙古乌海金沙湾沙漠太阳能热风发电站建设具有可行性;通过理论计算得到太阳能热风发电系统集热棚面积、蓄热介质沙厚、塔囱高度等参数的计算模式;通过小型集热器实验得到:对于内蒙古地区,3月份在无气流流动情况下,蓄热介质沙子的最高温度出现在16时,且最高温升可达40K,将作为乌海金沙沙漠太阳能热风发电站的设计参数值;以蓄热介质沙子为研究对象,拟合出地面太阳能辐射热流逐时变化函数;模拟具有不同结构集热棚的太阳能热风发电系统,经计算得到:当地环境风速对圆形集热棚内气流分布有影响,风速大于3.5m/s,会产生棚内气流逆流现象,导致利用率下降;系统以半圆形集热棚且半径方向设置风门(即c方式设计)的太阳能热风发电系统的效率较高,塔囱底部气流速度最大,而且环境风压对系统会产生环境多边效应影响,其中45°进风角时,系统内气流速度最大。建议乌海金沙湾地区选用半圆形集热棚,在半径方向上设置风门,且风门西北向设置。 本课题的研究为太阳能热风发电系统的开发应用提供理论支撑,对缓解当前的能源压力和环境压力有重大意义,同时为科学地利用自然资源、探索新的发电技术,亦有重要研究价值。 【关键词】：太阳能热风发电 集热棚 塔囱 模拟计算
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 引言11-12
• 1 概述12-28
• 1.1 能源现状12-15
• 1.1.1 能源危机问题12-13
• 1.1.2 新能源的开发利用13-15
• 1.2 太阳能利用及其发电技术15-20
• 1.2.1 太阳能资源15-16
• 1.2.2 开发太阳能的优点16-17
• 1.2.3 太阳能利用现状与发展17-18
• 1.2.4 太阳能发电技术18-20
• 1.3 太阳能热风发电技术20-26
• 1.3.1 太阳能热风发电原理20
• 1.3.2 太阳能热风发电的国内外研究现状20-25
• 1.3.3 太阳能热风发电的优点25-26
• 1.4 课题研究的目的、内容和意义26-28
• 2 太阳能热风发电技术的应用及理论研究28-44
• 2.1 乌海金沙太阳能热风发电站的可行性分析28-33
• 2.1.1 内蒙古乌海地区的地理环境和太阳能资源28-31
• 2.1.2 乌海市金沙湾地区建造太阳能热风发电站的优势条件31
• 2.1.3 太阳能热风发电示范电站的建设31-33
• 2.2 基础理论分析33-40
• 2.2.1 系统抽力33-34
• 2.2.2 热力循环过程34-37
• 2.2.3 集热棚和塔囱内传热流动数值模拟理论37-40
• 2.3 太阳能热风发电系统设计模型的建立40-43
• 2.3.1 集热棚面积设计模型40-41
• 2.3.2 蓄热体沙子量设计模型41
• 2.3.3 沙子厚度设计模型41-42
• 2.3.4 导流塔囱设计模型42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 蓄热体的模拟研究44-51
• 3.1 蓄热体的实验模拟44-46
• 3.1.1 实验装置44
• 3.1.2 实验测点布置44-45
• 3.1.3 实验结果与分析45-46
• 3.2 蓄热体的模拟计算46-49
• 3.2.1 模型建立46
• 3.2.2 定解条件46-47
• 3.2.3 模拟结果47-49
• 3.3 本章小结49-51
• 4 集热棚系统结构的优化模拟51-62
• 4.1 模型的建立51-53
• 4.1.1 物理模型51-52
• 4.1.2 数学模型52-53
• 4.2 定解条件53-54
• 4.3 模拟结果54-60
• 4.3.1 系统结构的优化54-57
• 4.3.2 优化的系统内压力特征57-59
• 4.3.3 优化的系统内温度分布59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 太阳能热风发电系统的影响因素分析62-74
• 5.1 模型的建立62-63
• 5.1.1 物理模型62
• 5.1.2 数学模型62-63
• 5.2 定解条件63-64
• 5.3 模拟结果64-73
• 5.3.1 环境风压的影响64-70
• 5.3.2 集热棚半径的影响70-71
• 5.3.3 塔囱高度的影响71-72
• 5.3.4 塔囱半径的影响72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-81
• 附录A 太阳能热风发电系统内压力分布图81-83
• 附录B 太阳能热风发电系统四种进风方式压力场分布云图83-88
• 附录C 风级数及相应的风压值88-89
• 附录D 系统内发电效率的影响因素分析表89-90
• 在学研究成果90-91
• 致谢91

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