碟式太陽能吸熱器的性能實驗研究

【摘要】：太陽能是一種能量巨大、遍布世界且無污染的可再生能源，所以在環(huán)境污染日益嚴(yán)重和常規(guī)能源日益短缺的今天，太陽能受到了各國的普遍重視。 太陽能熱發(fā)電是一種高效大規(guī)模利用太陽能的方式，目前主要有槽式、塔式和碟式三種。與槽式和塔式太陽能熱發(fā)電相比，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)啟動損失小，光電效率高達29.4%，在三種發(fā)電系統(tǒng)中位居首位，因而碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)成為了人們關(guān)注的焦點。作為碟式聚光太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，太陽能吸熱器的作用是將聚光器反射聚集的太陽能最大限度的吸收并傳遞給熱媒，其吸熱性能直接影響光熱轉(zhuǎn)換效率進而影響到整個熱發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性，因此研究吸熱器有非常重要的意義。 本課題首先提出了一種新型腔式吸熱器，繼而研制了包含新型腔式吸熱器在內(nèi)的碟式太陽能集熱系統(tǒng)，初步研究了碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集熱性能并分析了腔式吸熱器的吸熱性能。 本課題的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.鑒于腔式吸熱器的熱損失在碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)總損失中占有很大的比例，綜合考慮與吸熱器熱損失相關(guān)的因素、吸熱器的形狀以及內(nèi)部傳熱元件對腔式吸熱器熱性能的影響，本課題研制了一個整體半球狀腔式吸熱器，腔體外面包有保溫材料。吸熱器采光口面積與內(nèi)表面積的比為1:8，采用八根180mm長、外徑14mm、壁厚2mm的重力式熱管作為吸熱器的傳熱元件，它們均勻在半徑為85mm的圓周上，安裝傾角為15°，吸熱器腔體內(nèi)的熱管部分長90mm，蒸發(fā)吸收聚集的太陽輻射能，保溫層內(nèi)是長40mm的絕熱段。在熱管內(nèi)部充有無機換熱工質(zhì)。在熱管蒸發(fā)段涂有Pyromark2500選擇性吸收涂層。 2.在蘭州市皋蘭縣建成了包含新型腔式吸熱器在內(nèi)的碟式太陽能集熱系統(tǒng)，初步研究了腔式吸熱器的性能。2011年11月29日、2011年12月1日、2011年12月5日以及2011年12月22日（冬至）的實驗結(jié)果表明：吸熱器的腔體中心溫度、采光口中心溫度、吸熱功率以及光熱轉(zhuǎn)換效率都與太陽直接輻射強度的變化趨勢保持一致，首先隨時間逐漸上升，達到最大值后開始下降，而且腔體中心溫度和采光口中心溫度的最大值總是出現(xiàn)在太陽直接輻射強度最大值出現(xiàn)的附近。分析發(fā)現(xiàn)，光熱轉(zhuǎn)換效率的最大值通常出現(xiàn)在吸熱功率最大值的附近。在太陽直接輻射量為505.5W/m~2時，吸熱器的吸熱功率為1686W，熱效率為80.6%，即表明本腔式吸熱器具有良好的吸熱性能，實驗所涉及的太陽直接輻射強度是影響碟式太陽能集熱吸熱系統(tǒng)中吸熱器的吸熱功率和熱效率的重要因素，文中最后分析了本實驗系統(tǒng)出現(xiàn)的問題并提出了相應(yīng)的解決辦法。 本課題的創(chuàng)新點是研制了新型腔式吸熱器并初步揭示了新型腔式吸熱器的吸熱性能。 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、布局靈活、發(fā)電效率高、系統(tǒng)優(yōu)化潛力和成本降低潛力大、初始投資少、應(yīng)用前景廣的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，國內(nèi)外關(guān)于該系統(tǒng)的研究很少。本課題設(shè)計了一個新型腔式吸熱器，并在蘭州的天氣條件下進行了初步性能實驗，研究成果對碟式太陽能發(fā)電技術(shù)的試驗示范和推廣應(yīng)用有重要的參考價值。 本課題的研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（51166008/E0607）、國家科技部星火計劃重點項目（2010GA860004）、國家科技支撐計劃課題（2011BAD15B03）、甘肅省教育廳項目（0803-06）、“隴原青年創(chuàng)新人才扶持計劃”項目（09-0165）、甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)項目（JK2010-29）、甘肅省科技支撐計劃（1011GKCA030）、甘肅省高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費（09-0258）和蘭州理工大學(xué)“紅柳杰出人才計劃”（Q201101）的共同資助。 【關(guān)鍵詞】：碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) 腔式吸熱器 實驗研究 吸熱功率 光熱轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 課題背景12-19
• 1.1.1 環(huán)境污染與能源危機12-13
• 1.1.2 太陽能簡介13-14
• 1.1.3 太陽能發(fā)電技術(shù)14-19
• 1.2 吸熱器綜述19-20
• 1.3 腔式吸熱器的國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀20-24
• 1.3.1 腔式吸熱器的國外研究及發(fā)展現(xiàn)狀20-22
• 1.3.2 腔式吸熱器的國內(nèi)研究及發(fā)展現(xiàn)狀22-24
• 1.4 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)及對本課題的啟示24
• 1.4.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)24
• 1.4.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對本課題的啟示24
• 1.5 本課題研究的目標(biāo)、內(nèi)容和意義24-26
• 1.5.1 研究目標(biāo)24
• 1.5.2 研究內(nèi)容24
• 1.5.3 研究意義24-26
• 第2章 新型腔式吸熱器的設(shè)計與加工26-40
• 2.1 腔式吸熱器的熱損失26-28
• 2.2 新型腔式吸熱器的形狀與尺寸28-29
• 2.3 新型腔式吸熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計29-36
• 2.3.1 吸熱器傳熱方式的比較29-30
• 2.3.2 熱管簡介30-31
• 2.3.3 熱管設(shè)計31-36
• 2.4 選擇性吸收涂層36-37
• 2.4.1 選擇性吸收涂層簡介36-37
• 2.4.2 Pyromark250037
• 2.5 新型腔式吸熱器的優(yōu)點37-38
• 2.6 實際加工的新型腔式吸熱器38-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第3章 新型腔式吸熱器的初步性能實驗40-62
• 3.1 實驗?zāi)康?/span>40
• 3.2 實驗系統(tǒng)的組成40-51
• 3.2.1 跟蹤系統(tǒng)40-44
• 3.2.2 聚光器44-47
• 3.2.3 溫度傳感器47-48
• 3.2.4 直接輻射表48-50
• 3.2.5 實驗所需的其他設(shè)備50-51
• 3.3 實驗結(jié)果的分析與討論51-60
• 3.3.1 實驗進行51-53
• 3.3.2 實驗結(jié)果的分析53-58
• 3.3.3 實驗出現(xiàn)的問題及分析58-60
• 3.3.4 實驗結(jié)論60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論與展望62-64
• 結(jié)論62
• 本課題的創(chuàng)新點62
• 尚待解決的問題62-63
• 展望63-64
• 參考文獻64-70
• 致謝70-71
• 附錄 A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文71-72
• 附錄 B 攻讀學(xué)位期間獲獎情況72

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