【正文】 跟蹤 設(shè)備 ................................................................................................32 第 5 章 結(jié)論 .......................................................................................................33 參考文獻 ..............................................................................................................34 附 錄 ..................................................................................................................35 山西大學工程學院畢業(yè)設(shè)計論文 7 前 言 我國能源需要快速增長，需要增加新的能源來源，緩解能源供需矛盾。 為此，有必要對太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)、應用前景和政策支持等進行研究，以其進一步的順利發(fā)展。化石能源的大量消耗導致環(huán)境問題日益嚴峻，需要發(fā)展清潔能源。與太陽能光伏發(fā)電相比，太陽能熱發(fā)電技術(shù)有光電轉(zhuǎn)化效率高、壽命長、使用荒漠不占用農(nóng)田，還可通過一體化太陽能聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)克服光伏發(fā)電調(diào)度性差的特點。太陽能熱發(fā)電研究體現(xiàn)了當前乃至未來幾十年世界能源科學發(fā)展的重要前沿方向和重大基礎(chǔ)性問題，對太陽能熱發(fā)電的大規(guī)模利用、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實施具有重要意義。所以，太陽能發(fā)電的開發(fā)空間十分廣闊。若將其中的 % 按效率 5%轉(zhuǎn)換為電能，則每年的發(fā)電量可達 5600TWh，相當于目前全世界能耗的約 40倍。然而太陽能受晝夜、氣候變化影響較大，具有間歇性，需要有儲能的裝備，并需要有較大采光裝置，能量密度低，因地而異，因時而變。 2020 年 10 月 24日， 中國太陽能標準化技術(shù)委員會在北京成立。 太陽能光發(fā)電包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應發(fā)電和光生物發(fā)電，光化學發(fā)電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。 1973 年，世界性的石油危機爆發(fā)，化石燃料的不可再生性激發(fā)了人們對太陽能發(fā)電技術(shù)的研究和開發(fā)。由于 1991年 LUZ公司宣告破產(chǎn) ， 該計劃停止。 1983年，西班牙建成一座太陽熱氣流（即太陽煙囪）太陽能熱發(fā)電站，發(fā)電功率 50kW ，用于進行探索性試驗研究 。 此外， 80年代初，湖南湘潭電機廠與美國公司合作，設(shè)計并研制出功率為 5kW 的盤式太陽能熱發(fā)電裝置樣機。按集熱器類型的不同，聚光式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可分為槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式 系統(tǒng)。 槽式太陽能熱發(fā)電主要是借助槽形拋物面聚光器將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。一般的太陽能發(fā)電站都采用單軸跟蹤方式使拋物面對稱平面圍繞南北方向的縱軸轉(zhuǎn)動。 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中 , 吸熱器位于高塔上 , 定日鏡群以高塔為中心 , 呈圓周狀分布 , 將太陽光聚焦到吸熱器上 , 集中加熱吸熱器中的傳熱介質(zhì) , 介質(zhì)溫度上升 , 存入高溫蓄熱罐 , 然后用泵送入蒸汽發(fā)生器加熱水產(chǎn)生蒸汽 , 利用蒸汽驅(qū)動汽輪機組發(fā)電 , 汽輪機乏汽經(jīng)冷凝器冷凝后送入蒸汽發(fā)生器循環(huán)使用。中央接收器位于 80m高的塔頂 , 產(chǎn)生 516℃ 的高溫蒸汽 , 裝機容量 10MW,是當時世界上最大的塔式陽能熱發(fā)電站。 Solar Two驗證了采用熔鹽技術(shù)可以使電站具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟性 , 極大地推進了塔式太陽能熱發(fā)電站的商業(yè)化進程。 建于西班牙 Seville的 PS10發(fā)電廠于 2020年 3月發(fā)電 ,發(fā)電功率 lMW。與槽式反射技術(shù)不同，線性菲涅爾鏡面布置無需保持拋物面形狀，離散鏡面可處在同一水平面上。在兩相流的區(qū)域，集熱管中的溫度分布不均勻，同一根管子上會出現(xiàn)較大的溫度梯度。但自進入 21世紀以來 ,由于能源的緊張 ,各國又進入研究 CSP系統(tǒng)的熱潮。國內(nèi)外大量研究人員正在研究可應用于 CSP系統(tǒng)的高溫儲熱材料 , 主要集中在高溫儲熱材料的研制及其腐蝕性、穩(wěn)定性、熱物性能、系統(tǒng)設(shè)計等方面。顯熱式高溫蓄熱材料具有性能穩(wěn)定、價格便宜等優(yōu)點，但其蓄熱密度低，蓄熱裝置體積龐大；潛熱式高溫蓄熱材料雖然存在著高溫腐蝕、價格較高等問題，但其蓄熱密度高，蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，而且 吸熱－放熱過程近似等溫，易于運行控制和管理。在原子能工業(yè)中，均相反應堆用熔鹽混合物為燃料溶劑和傳熱介質(zhì)有許多優(yōu)點，它的操作溫度有可變的范圍，燃料的加入比較容易，核裂變的產(chǎn)物可以連續(xù)地移 出，使熱能－化學能－電能的相互轉(zhuǎn)換有效地實現(xiàn)。后來，該研究中心又用 44% Ca(NO3) 12% NaNO 44%KNO3(Hitec XL)作試驗，結(jié)果表明，在 450～ 500℃ 之間，經(jīng)過 10000次循環(huán)試驗后，填料與熔融鹽相容性仍很好，因而得到了大量使用。熔鹽的溫度極限可以為 450——600℃ , 有利于提高發(fā)電效率和降低成本。 Lu Jianfeng等利 用 VOF模型對熔鹽在管道中的熱力和流動性能進行了模擬分析 , 并對熔鹽在管道中的凝固和 熔化特性進行了研究。 Zhen Yang等分析了斜溫層熔鹽的傳熱模型。槽式熔融鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)與槽式導熱油傳熱熔融鹽雙罐蓄熱系統(tǒng)相比，減少了二次換熱器，大大簡化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)成本。槽式系統(tǒng)蒸汽溫度僅為 377℃ ，塔式蓄熱系統(tǒng)的朗肯循環(huán)的蒸汽輪機能夠?qū)⒄羝麥囟忍岣叩?535℃ ，朗筒循環(huán)是指以水蒸氣作為制冷劑的一種實際的循環(huán)過程，主要包括等 熵壓縮、等壓冷凝、等熵膨脹、以及一個等壓吸熱過程，可以用來制熱，也可以用來制冷。集成熔融鹽蓄熱技術(shù)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)能夠提供穩(wěn)定連續(xù)可調(diào)的清潔電力，是未來解決世界能源問題的 主要技術(shù)途徑之一。國內(nèi)武漢理工大學朱教群等也開發(fā)了耐高溫混凝土，并對混凝土儲熱系統(tǒng)的強化換熱以及提高混凝土的導熱系數(shù)方法進行了研究。在溫躍層區(qū)內(nèi)混凝土和流體由于存在溫差而持續(xù)放熱。增加串聯(lián)總長度可以有效提高系統(tǒng)的熱性能，但是當串聯(lián)總長度大于 1km 時，繼續(xù)增加串聯(lián)總長度對于特征固體溫度分布的影響很小，同時由于增加串聯(lián)總長度的同時會引起傳熱流體泵功的增加，因此串聯(lián)總長度并不是越大越好。以共晶點比例混合得到的混合相變工質(zhì)性能穩(wěn)定，具有確定且更低的熔點和更高的相變潛熱。而且，隨著容器材料中鐵（ Fe）溶入量的增加，合金的相變潛熱呈下降趨勢。 AlSi合金相變儲能材料有儲能密度大、儲熱溫度高、熱穩(wěn)定性好、導熱系數(shù)好、相變時過冷度小、相偏析小、性價比良好等特點。陳梟等對 AlSi合金的盛裝容器的相容性及防護涂層進行了研究 , 對分別以石墨粉、 T iB有機硅樹脂為主要成分的幾種不同配方涂層的抗熱震性能、力學性能、耐蝕性能及使用壽命進行了分析。與此對應，降低制造成本也是研究的重點。腔體式吸收器其結(jié)構(gòu)為一槽形腔體，外表面覆隔熱材料，利用腔體的黑體效用，可充分吸收聚焦后的陽光。 按照制作材料 , 接收器又可分為金屬和非金屬兩大類。 空腔式接收器最早應用在 PHOEBUS系統(tǒng)中 , 利用金屬絲網(wǎng)直接吸收太陽輻射 , 溫度可高達 80℃ 。 新的高次曲面比傳統(tǒng)幾何鏡面 (球面或拋物面等 )的聚光倍數(shù)可提高幾倍甚至十幾倍 。兩軸跟蹤是根據(jù)太陽高度和赤緯角的變化情況而設(shè)計的，它具有最理想的光學性能，是最好的跟蹤方式，能夠。 雖然 , 對太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究已經(jīng)進行了幾十年 , 然而目前的聚光跟蹤系統(tǒng)仍存在結(jié)構(gòu)復雜 、 跟蹤成本高 、 聚光效率低的問題 。工質(zhì)介質(zhì)為水 /蒸汽 。管狀接收器即為間接式。我國自 80年代中期開始研制真空集熱管，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，建立了擁有全部知識產(chǎn)權(quán)的真空集熱管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質(zhì)量達到世界先進水平，生產(chǎn)能力也居世界首位。它只需要用一維跟蹤就可以獲取中溫。李石棟等以水作為傳熱介質(zhì) , 建立了 AlSi合金相變儲能裝置 ,探索了 AlSi合金在太陽能熱發(fā)電中的研究 ,并對 AlSi合金相變儲能的傳熱性能進行了實驗研究。另外，隨著組分數(shù)和傳熱單元數(shù)的增加，儲熱和放熱速率也有大幅提高， 2組分相變材料比單組分 相變材料的儲熱和放熱速率提高了 %， 2組分組合相變材料則比單組分相變材料的儲熱和放熱速率最大提高了 %。液態(tài)鋁及其合金對金屬容器的腐蝕有 2種形式：一是在固液交界面發(fā)生化學反應，并在液態(tài)金屬的表面形成金屬間化合物型銹蝕物；二是液態(tài)鋁或合金浸潤固態(tài)金屬表面，然后溶于固態(tài)金屬并與其內(nèi)部活性元素組成相應的腐蝕相。從目前的研究結(jié)果來看，碳酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽是鹽類潛熱儲熱材料主體，且以二元鹽和三元鹽居多。 研究了混凝土儲熱系統(tǒng)溫躍層的發(fā)展及對儲熱系統(tǒng)的效率的影響，發(fā)現(xiàn)放熱時固體混凝土和流體沿著流程方向都存在一個溫躍層區(qū)域，在溫躍層區(qū)內(nèi)混凝土和流體由于存在溫差而持續(xù)放熱，并且隨著放熱的進行，溫 躍層逐漸向下游移動；同時發(fā)現(xiàn)，隨著放熱的進行，溫躍層占據(jù)的長度也逐漸增加；算例中計算出有效放熱時間為 ，放熱效率為 84％。同時對其力學性能和熱學性能進行了分析。他們的研究表明，混凝土儲熱技術(shù)是一種非常有前景的低成本太陽能高溫儲熱技術(shù)。同時，美國的 Solar Reserve公司在 2020年 7月獲得了 Nevada州公用事業(yè)委員會的支持，在內(nèi)華達州 To n o p ah附近的 Nye County建設(shè) 110MW的 CrescentDunes塔 式太陽能熱發(fā)電站，此電站也采用熔融鹽作為傳熱和蓄熱工質(zhì)，蓄熱能力為 10h。相比利用導熱油的槽式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)，塔式電站能夠獲得更高的蒸汽溫度。據(jù)統(tǒng)計，截至 2020年 4月，還有很多采用熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的商業(yè)運行太陽能熱發(fā)電站正在建設(shè)之中，其中包括位于西班 牙Extremadura的裝機容量為 50MW的 Extremasol1電站，蓄熱時間 ；西班牙的 Extresol3電站，裝機容量為 50MW，蓄熱時間 ； Solana Generating Station電站，位于美國 Gila Bend，裝機容量為 280MW，蓄熱時間 6h。辛嘉余等計算了 碳酸鈉 、 碳酸鉀 、 碳酸鋰 及其混合熔鹽的粘度。 丁靜等 [11] 搭建了三元硝酸熔鹽的熱工測試平臺。 熱流體和儲熱材料的選擇對電站的成本和效率有重要影響。此外，運用熔融鹽也可以使儲熱效率提高 倍，從而減小蓄熱容器的體積。 由于以上這些特征，熔融鹽被廣泛用作熱介質(zhì)、化學反應介質(zhì)以及核反應介質(zhì)。 熔鹽 熔融鹽 (簡稱為熔鹽 )是鹽的熔融態(tài)液體，通常說的熔鹽是指無機鹽的熔融體，但現(xiàn)已包括氧化物熔體和熔融有機物。研究儲熱材 料 , 特別是高溫儲熱材料 , 對提高太陽能熱電發(fā)電效率、優(yōu)化系統(tǒng)管道的設(shè)計和降低成本具有重要意義。據(jù)不完全統(tǒng)計 , 1981——1991年全世界共建成了500kW以上 的 CSP系統(tǒng) 20多座。相鄰的主反射鏡之間可相互重疊，消減相互遮擋的狀況，提高了土地利用率，也避免了因抬高集熱器支撐結(jié)構(gòu)所帶來的成本增加。工質(zhì)水依次經(jīng)過這三個區(qū)后形成高溫高壓的蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。該電站在 1983一 1986年成功運行 , 為未來電站的建設(shè)提供了大量的資料。 Solar Two由于增加了蓄熱系統(tǒng) ,使太陽塔輸送電能的負載因子高達 65%。電站塔高 50米 , 占地 2萬 ㎡ , 額定功率為 1MW, 蓄熱器由硝酸鹽組成 ,采用了 50㎡ 定日鏡 70個、 23㎡ 定日鏡 112個。 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理 塔式太陽能光熱發(fā)電 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨立跟蹤太陽的定日鏡群 , 將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上產(chǎn)生高溫 , 加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽或高溫氣體 , 驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電 , 從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能 。溫度一般在 400℃ 左右，屬于太陽熱能的中低溫利用。隨著制造工藝的不斷改進，槽式系統(tǒng)的發(fā)電效率已由 %提高到 %； 建造費用由 5976美元 /KW降低到 3011美元 /KW，發(fā)電成本由 /KWh降低到了 12美分 /KWh。這對我國在太陽能領(lǐng)域的應用開發(fā)中縮短與國外的差距有著重要的意義。在北京，中科院電工研究所對槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電用的槽式拋物面聚光集熱器也作了不少單元性試驗研究。美國也曾計劃將加州南部薩爾頓海的一部分建成太陽池，用以建造 800——6000MW太陽池太陽能熱電站。經(jīng)過努力，電站的初次投資由 1號電站的 4490美元 /kW降到 8號電站的 2650美元 /kW,發(fā)電成本從 24美分 /KWh降到 8美分 /kWh。 1950 年，前蘇聯(lián)設(shè)計了世界第一座塔式太陽能熱發(fā)電站的小型實驗裝置，第一次對太陽能熱發(fā)電技術(shù)進行了基礎(chǔ)性的、廣 發(fā)的探索和研究，開始了太陽能熱發(fā)電新的一頁。聚光式太陽能 熱發(fā)電技術(shù)是指通過聚光產(chǎn)生高溫熱能進而發(fā)電，較之非聚光式，該技術(shù)效率高，更具應用前景。2020 年 12 月 5 日，建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術(shù)規(guī)程》。相比于其他能源，太陽能具有以下特點：首先，太陽能使用時沒有廢物排出。太陽能儲量豐富，是一種環(huán)保清潔的可再生能源，具有資源豐富、分布廣泛、安全、清潔等優(yōu)點。太陽能發(fā)電是理想的可再生能源，它具有無噪聲、無污染、能量大、無地域限制等特點。 五、設(shè)計應完成的圖紙 無 六、主要參考資料 202