太陽能高溫集熱儲熱燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)構建及關鍵問題研究.pdf

1、太陽能熱發(fā)電輸出穩(wěn)定且可調(diào)度，在未來有較大潛力為基礎負荷供電。以槽式、線性菲涅爾式、塔式以及碟式為代表的常規(guī)熱發(fā)電技術正逐步走向成熟和商業(yè)化應用。提高太陽能熱發(fā)電的工作溫度（>600℃）是提高其發(fā)電效率和經(jīng)濟性的有效方法。太陽能高溫熱發(fā)電技術受到越來越多關注，但也遇到一些問題，亟需解決。本文提出了一種基于顆粒集熱儲熱的兩級化學重整太陽能燃氣輪機系統(tǒng)，并針對該系統(tǒng)的關鍵問題，從系統(tǒng)構建、高倍聚光集熱、熱化學儲熱以及熱功轉(zhuǎn)換等方面做了相應的

2、理論和試驗研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴該系統(tǒng)主要由顆粒集熱儲系統(tǒng)和兩級化學重整燃氣輪機系統(tǒng)組成。顆粒集熱儲熱系統(tǒng)利用高溫固體顆粒良好的耐溫性能以及金屬氧化物熱化學儲熱密度高的特性，可以根據(jù)需要，對燃氣輪機系統(tǒng)提供穩(wěn)定的熱源。兩級化學重整包括低溫化學重整和高溫化學重整。低溫化學重整回收燃氣輪機渦輪排氣余熱，降低熱損失，提高余熱的能的品位。高溫化學重整進一步吸收太陽能，提高太陽能占比及其能的品位。該兩級化學重整系統(tǒng)能夠同時提高系

3、統(tǒng)的發(fā)電效率以及太陽能占比，提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。⑵以碟式聚光器為例，主要研究了鏡面斜率誤差以及安裝誤差對聚光性能的影響。提出了一種測試以及優(yōu)化碟式聚光器性能的一種方法。建立了蒙特卡洛光線跟蹤模型，并計算焦平面附近的能流密度分布。同時建立了CCD-朗伯板測量系統(tǒng)，測量碟式聚光器的能流密度分布。實驗和模擬結果顯示，兩者截斷率相差在3％以內(nèi)，焦點處能流密度分布較相符。提出了相應的優(yōu)化調(diào)整策略，經(jīng)過模擬計算，該碟式聚光器的平均聚光比可從50

4、0提高到1500，同時截斷率從0.66提高到0.91，達到設計要求。⑶提出了一種重力驅(qū)動的斜面滑落式顆粒集熱器。該顆粒集熱接收器利用氣動裝置控制顆粒流量，顆粒在集熱腔內(nèi)停留時間、流速可控。冷態(tài)試驗研究表明，顆粒流動邊界層影響較小，中間區(qū)域流動均勻，能夠以均勻密度流的形式在斜面上滑落。顆粒出口的氣動控制裝置能夠在合理范圍內(nèi)調(diào)控顆粒流速，使得顆粒流量在1.5g/s至4.5g/s之間，固氣比15至32之間，固氣比較大，符合設計要求。建立了基于

5、蒙特卡洛法的光熱耦合模型，計算得到內(nèi)腔各個壁面的溫度分布，顆粒出口溫度可以達到900℃，集熱效率約為82%。⑷提出了將金屬氧化物耦合顆粒集熱的方案。以反應活性較好的Co3O4/CoO作為研究對象，利用熱重試驗研究了其氧化還原動力學。試驗結果表明，一級反應機理函數(shù)較適合于還原反應過程，二級反應機理函數(shù)較適合于氧化反應過程。此外研究了氧分壓對氧化還原反應的影響，結果表明反應動力學中壓力依賴因子的加入能更好得描述該反應過程。⑸采用能量分析和?