【摘 要】
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太阳能作为一种一次能源,具有分布广泛、取之不尽用之不竭的特点,对太阳辐射能伴随热能的利用产生了利用太阳能热发电这一研究。而通过改进其循环子系统,可以有效提高传统的太阳能热发电的效率。利用二氧化碳在临界点附近物性的剧烈变化,所形成的超临界二氧化碳布雷顿循环具有效率高、系统占地小、经济效益好等特点,是太阳能热发电技术的未来。本文首先将塔式太阳能热发电全局系统分为聚光集热子系统,储能蓄热子系统,动力循环
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太阳能作为一种一次能源,具有分布广泛、取之不尽用之不竭的特点,对太阳辐射能伴随热能的利用产生了利用太阳能热发电这一研究。而通过改进其循环子系统,可以有效提高传统的太阳能热发电的效率。利用二氧化碳在临界点附近物性的剧烈变化,所形成的超临界二氧化碳布雷顿循环具有效率高、系统占地小、经济效益好等特点,是太阳能热发电技术的未来。本文首先将塔式太阳能热发电全局系统分为聚光集热子系统,储能蓄热子系统,动力循环子系统等三个子系统。在聚光集热子系统中,通过分析全国气象信息以及参考Solar GIS工具,将设计点设定在敦煌地区。随后对影响镜场效率的部件和关键因素建模并分析。运用Solar PILOT软件对镜场进行设计布局,模拟得出镜场布局图与吸热器热流图,以及集热塔高对镜场效率的影响。在储能蓄热子系统中,选取太阳盐作为储能蓄热循环中的熔融盐工质,建立储热罐传热的物理模型,分析储热罐内部和储热罐外部空气活动的传热方式。通过建立储热罐模型并划分网格,利用Fluent对储热子系统模拟储热罐自然散热12 h的仿真。在动力循环子系统中,利用REFPROP软件分析二氧化碳主要参数在临界点附近的物性变化,建立再压缩二氧化碳布雷顿循环的模型。利用MATLAB软件编写循环程序,并对该程序进行验证以及测试各参数敏感性。利用粒子群算法对其进行优化计算,得出提高循环效率的最优方式。结论如下:（1）No blocking-dense布局模型下设计的镜场年均光学效率为61.15%、定日镜数量为13406个,是效率最高、所需定日镜最少的布局。（2）集热塔高度达到一定后,系统效率增长会缓慢,其最佳塔高在230 m左右。（3）储热罐在散热12 h后,其内部熔融盐温度从900 K下降至852 K,不锈钢壁面从300 K上升至391 K,纳米保温材料从300 K上升至552 K。（4）储热罐上方的风速会随着空气流动速率的增加而提高,会加强与管内的换热。所以应该适当的增厚罐顶部材料,从而增强储热罐的储热性能,提高整个系统的蓄热能力。（5）再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环中存在一个最优化的最高循环温度和压力参数,通过粒子群算法优化后的温度为888.67K和压力为29.25 MPa。
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