【導(dǎo)讀】我國能源需要快速增長(zhǎng)，需要增加新的能源來源，緩解能源供需矛盾。能源的大量消耗導(dǎo)致環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，需要發(fā)展清潔能源。的穩(wěn)定運(yùn)行有所沖擊，導(dǎo)致風(fēng)電在能源結(jié)構(gòu)中的作用受到很大限制。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(diǎn)。所以，太陽能發(fā)電的開發(fā)空間十分廣闊。與太陽能光伏發(fā)電相比，太。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(diǎn)。電技術(shù)必將對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。支持等進(jìn)行研究，以其進(jìn)一步的順利發(fā)展。文和信息；其他太陽能發(fā)電技術(shù)資料。境保護(hù)的日益重視，中國也將進(jìn)入一個(gè)利用太陽能熱發(fā)電的發(fā)展時(shí)期。質(zhì)回路熱發(fā)電系統(tǒng)建立了平衡方程；根據(jù)SEGS-VI的設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算得到系統(tǒng)的熱效率，并揭示了系統(tǒng)的熱損，分析結(jié)果將為槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的改進(jìn)、效率的進(jìn)一步提高提供依據(jù)。

　　

【正文】 1988——1992 年被提出來的 ,直到 1994年德國 DLR在 ZSW( Center for solar energy and hydrogen research) 才完成了 2個(gè)小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試。 1995——1998 年 DLR 沒獲得項(xiàng)目的支持 , 2020——2020年獲得 WESPE項(xiàng)目的支持。 2020——2020年完成第一代高溫混凝土儲(chǔ)能系統(tǒng)的測(cè)試 , 2020——2020年完成了 第二代高溫混凝土儲(chǔ)能系統(tǒng)的測(cè)試。朱教群等采用鋁酸鹽水泥作為膠凝材料 , 向其中添加熱容大的天然玄武巖、工業(yè)廢銅礦渣等作為集料以提高其熱容 , 添加熱導(dǎo)率高的工業(yè)石墨粉以提高其熱導(dǎo)熱率 , 添加復(fù)合高效減水劑以降低用水量和提高其強(qiáng)度來制備可用于太陽能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱混凝土。同時(shí)對(duì)其力學(xué)性能和熱學(xué)性能進(jìn)行了分析。 由于放熱時(shí)高溫混凝土釋放熱量后溫度逐漸降低，流體吸收熱量后溫度沿著流程逐漸升高，這導(dǎo)致了放熱時(shí)固體混凝土和流體沿著流程方向都存在一個(gè)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。隨著放熱的進(jìn)行 ，更多的上游區(qū)域放熱完畢而不斷變成低溫區(qū)，溫躍層逐漸向下游移動(dòng)。當(dāng)溫躍層移動(dòng)到出口時(shí)，流體出口溫度開始下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著放熱的進(jìn)行，溫躍層占據(jù)的長(zhǎng)度也逐漸增加。這些特性與顆粒堆積床單罐溫躍層儲(chǔ)熱系統(tǒng)的放熱過程類似。根據(jù)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，溫躍層的發(fā)展對(duì)于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效率具有重要影響，溫躍層占據(jù)的長(zhǎng)度越小，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效率越 高。 研究了混凝土儲(chǔ)熱系統(tǒng)溫躍層的發(fā)展及對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效率的影響，發(fā)現(xiàn)放熱時(shí)固體混凝土和流體沿著流程方向都存在一個(gè)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(jìn)行，溫 躍層逐漸向下游移動(dòng)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著放熱的進(jìn)行，溫躍層占據(jù)的長(zhǎng)度也逐漸增加；算例中計(jì)算出有效放熱時(shí)間為 ，放熱效率為 84％。提高混凝土導(dǎo)熱系數(shù)可以有效提高儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱性能，并且隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加，放熱效率的增加會(huì)逐漸變慢。增加串聯(lián)總長(zhǎng)度可以有效提高系統(tǒng)的熱性能，但是當(dāng)串聯(lián)總長(zhǎng)度大于 1km 時(shí)，繼續(xù)增加串聯(lián)總長(zhǎng)度對(duì)于特征固體溫度分布的影響很小，同時(shí)由于增加串聯(lián)總長(zhǎng)度的同時(shí)會(huì)引起傳熱流體泵功的增加，因此串聯(lián)總長(zhǎng)度并不是越大越好。當(dāng)量直徑比的增加會(huì)減小溫躍層區(qū)的沿 流程 方向的溫度梯度，增大溫躍層區(qū)占據(jù)的長(zhǎng)度， 影響儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱性能。 相變儲(chǔ)熱 相變儲(chǔ)熱，是利用儲(chǔ)熱材料 (PCM)相變時(shí)潛熱非常大的特點(diǎn)，進(jìn)行熱量的吸收和釋放。鹽類材料與金屬材料均可用作潛熱儲(chǔ)熱材料。潛熱儲(chǔ)熱具有儲(chǔ)熱密度大、使用時(shí)可保持在一定溫度（相變溫度附近）下進(jìn)行吸熱和放熱、化學(xué)穩(wěn)定性好和安全性好的突出優(yōu)點(diǎn)，但在發(fā)生相變時(shí)，液 固兩相界面處的熱傳導(dǎo)效果較差，換熱器設(shè)計(jì)困難，成本較高，這些因素導(dǎo)致潛熱儲(chǔ)熱在實(shí)際應(yīng)用中規(guī)模較 小，進(jìn)展緩慢。鹽類潛熱儲(chǔ)熱材料的特性主要表現(xiàn)在以下幾方面： ① 使用溫度范圍廣（ 280 ～ 850℃ ），且具有較 好的穩(wěn)定性； ② 蒸汽壓低； ③ 儲(chǔ)熱密度較大； ④ 導(dǎo)熱系數(shù)較好；⑤ 吸熱 放熱過程近似等溫，易于控制。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(chǔ)熱材料主體，且以二元鹽和三元鹽居多。相同酸根的離子更容易混合后得到不同溫度范圍的共晶物。以共晶點(diǎn)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(diǎn)和更高的相變潛熱。美國和西班牙在 20世紀(jì) 80年代就開展了合金潛熱儲(chǔ)熱材料的研究和應(yīng)用。國內(nèi)的廣州工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所、武漢理工大學(xué)在近幾年山西大學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 中也陸續(xù)進(jìn)行了鋁 硅（ AlSi）合金、鉛 鉍合金的相變儲(chǔ)熱 材料開發(fā)研究。與金屬材料顯熱儲(chǔ)熱不同，鋁（ Al）合金作為潛熱儲(chǔ)熱材料時(shí)，具有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)熱溫度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高等良好特點(diǎn)，具有很高的性價(jià)比。金屬相變儲(chǔ)熱材料在工程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是控制高溫液態(tài)金屬對(duì)容器的浸蝕。以 AlSi合金為例，除了致密陶瓷如氧化鋁瓷以外，幾乎所有的金屬都不耐高溫 (700——900℃ )熔融鋁的腐蝕，因?yàn)殇X與大多數(shù)金屬和非金屬形成熔點(diǎn)較低的共晶體。液態(tài)鋁及其合金對(duì)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(xué)反應(yīng)，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(rùn)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(yīng)的腐蝕相。由于合金中的某些組分被選擇性地溶解，許多耐熱耐腐蝕合金的耐鋁腐蝕性能甚至比碳鋼還差。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(shì)。因此，研究各種不同組分的鋁合金在高溫條件下的抗氧化性、熱循環(huán)穩(wěn)定性、腐蝕性和相變潛熱變化等具有重要的意義和價(jià)值。 到目前為止，已有數(shù)千種潛熱儲(chǔ)熱材料，適用工作溫度可從幾十到近千攝氏度，這為組合潛熱材料的儲(chǔ)熱研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在組合式潛熱材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，潛熱材料的組合方式主要 有 2種：一種是沿傳熱流體流動(dòng)方向分別放置相變溫度不同的多種潛熱材料儲(chǔ)熱單元；另一種是在同一儲(chǔ)熱單元內(nèi)或沿垂直于傳熱流體流動(dòng)方向上，合理組合放置相變溫度不同的多種潛熱材料。研究表明，組分?jǐn)?shù)和傳熱單元數(shù)增加越多，儲(chǔ)熱效能提高越顯著。 2組分組合潛熱材料與單組分潛熱材料相比，儲(chǔ)熱能效提高了 70%以上； 3組分組合潛熱材料與單組分潛熱材料相比，儲(chǔ)熱能效提高了 120% ； 5組分組合潛熱材料與單組分潛熱材料相比，儲(chǔ)熱能效則提高了 170%。另外，隨著組分?jǐn)?shù)和傳熱單元數(shù)的增加，儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)熱和放熱速率最大提高了 %。 1980年美國 Birch enall 等采用合金作為相變材料 ,提出了 3 種典型狀態(tài)平衡圖及計(jì)算二元合金熔化熵和熔化潛熱的方法。 AlSi合金相變儲(chǔ)能材料有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)熱溫度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)好、相變時(shí)過冷度小、相偏析小、性價(jià)比良好等特點(diǎn)。高溫相變儲(chǔ)能材料 A lSi合金熔融潛熱大 , 固相導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 180W/(mK),而熔鹽一般導(dǎo)熱系數(shù)都較低。鋁硅合金的一些熱物理性能可參考如下 參數(shù) : 熔點(diǎn) 852K、熔融潛熱 515kJ/ kg、固相比熱( kg K)、液相導(dǎo)熱系數(shù) 70W/ ( m K) 、固相導(dǎo)熱系數(shù) 180W/ (m K)、固相密度2250kg/m179。( S i 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同 , 數(shù)值將不同 )。西班牙在 1981年建立的 塔式太陽能熱發(fā)電的試驗(yàn)裝置中 , 利用金屬 Na作為傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)。張仁元等對(duì) AlSi相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)熱性能及熔化傳熱的研究較多 , 建立了 AlSi相變儲(chǔ)能熱風(fēng)熱水系統(tǒng) , 并探索了 AlSi相變儲(chǔ)能在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)用。李石棟等以水作為傳熱介質(zhì) , 建立了 AlSi合金相變儲(chǔ)能裝置 ,探索了 AlSi合金在太陽能熱發(fā)電中的研究 ,并對(duì) AlSi合金相變儲(chǔ)能的傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。陳德明等提出了將鉛 鉍共晶合金用于太陽熱發(fā)電高溫傳熱工質(zhì)的構(gòu)想并分析計(jì)算了其熱經(jīng)濟(jì)性等。陳梟等對(duì) AlSi合金的盛裝容器的相容性及防護(hù)涂層進(jìn)行了研究 , 對(duì)分別以石墨粉、 T iB有機(jī)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(xué)性能、耐蝕性能及使用壽命進(jìn)行了分析。程曉敏等對(duì) Al7%Si合金、 Al7%Si4%Cu合金和Al33%Cu進(jìn)行了 DSC分析 , 其熔化潛 熱分別為 、 。 R. A dinberg提出了新穎的回流傳遞儲(chǔ)熱 ( Reflux heat transfer st orage, RHT S) 的概念 , 并搭建了 RHTS實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ,獲得了測(cè)試數(shù)據(jù) ,同時(shí)利用 RHTS概念設(shè)計(jì)分析了一 12MW 的太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)。 山西大學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 聚光器 太陽能是一種低密度能源，收集太陽能對(duì)聚光器的精度要求很高。按照聚光原理區(qū)分，聚光集熱器基本可分為反射聚光和折射聚光 2大類。槽形拋物面鏡聚光集熱器是反射式聚光器中應(yīng)用較多的一種 。它只需要用一維跟蹤就可以獲取中溫。目前，開發(fā)的重點(diǎn)是提高聚光器的效率，如提高反射面加工精度、研制高反射材料。與此對(duì)應(yīng)，降低制造成本也是研究的重點(diǎn)。近年來，國內(nèi)一些高等院校與企事業(yè)單位對(duì)槽式拋物面聚光器做了不少單元性試驗(yàn)研究，并成功研制出采光口寬度為 ，長(zhǎng) 12m的槽式聚光器。通過對(duì)單向拋物反射器反射面的研究，采用復(fù)合蜂窩技術(shù)，研制出了超輕型結(jié)構(gòu)的反射面，解決了使用平面玻璃制作曲面鏡的問題，降低了制造難度。 吸收器 槽式系統(tǒng)太陽能吸收器的主要發(fā)展趨勢(shì)為真空集熱管和腔體吸收器。真空集熱管是一種高 效太陽集熱元件，從真空太陽能集熱管的材料來看，又可分為二類：一類為全玻璃真空太陽能集熱管；另一類為玻璃 !金屬真空太陽能集熱管。真空集熱管的優(yōu)點(diǎn)為：選擇性涂層可以提高陽光的吸收率減少其發(fā)射率；真空夾層使兩管間的對(duì)流熱損失為零；玻璃管外徑較小，并且透明，既可減少對(duì)陽光的遮影，也可降低外表面的對(duì)流熱損。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(shí)產(chǎn)權(quán)的真空集熱管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，生產(chǎn)能力也居世界首位。玻璃金屬太陽能集熱管是一種新型的集熱管，目前在我國還處于 開發(fā)階段，它比全玻璃真空集熱管的效率高若干倍，熱循環(huán)要好，不會(huì)發(fā)生管的凍裂，堅(jiān)固耐用，可做成大、中、小各種太陽能集熱管，是一種理想的器材。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。與真空集熱管相比，腔體吸收器具有較低的直射能流密度，且腔體壁溫較均勻，熱性能穩(wěn)定，集熱效率高，無需光學(xué)選擇性涂層，只需傳統(tǒng)的材料和加工工藝，成本低且便于維護(hù)。但光學(xué)效用不如真空集熱管好，在太陽能的中、低溫利用中，二者的效率有一相交值，在選擇時(shí)要根據(jù)具體情況選擇不同類型的集熱裝置。 塔式 接收器位于定日鏡群中央的高塔上 , 將定日鏡捕捉、反射、聚焦的太陽能直接轉(zhuǎn)化為可以高效利用的高溫?zé)崮?, 加熱工作介質(zhì)至 50℃ 以上 ,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。國際上現(xiàn)有的塔式太陽能接收器主要分為間接照射接收器和直接照射接收器兩大類。間接照射接收器向載熱工質(zhì)的傳熱過程不發(fā)生在太陽照射面 , 工作時(shí)聚焦入射的太陽能先加熱受熱面 , 受熱面升溫后再通過壁面將熱量向另一側(cè)的載熱工質(zhì)傳遞。管狀接收器即為間接式。直接照射接收器也稱空腔式接收器 , 特點(diǎn)是接收器向載熱工質(zhì)的傳熱與入射陽光加熱受熱面在同一表面發(fā)生 , 由于特 定形狀的內(nèi)表面具有幾近黑體的特性 , 可有效吸收入射的太陽能 , 避免選擇性吸收涂層的 問題 。 按照制作材料 , 接收器又可分為金屬和非金屬兩大類。金屬接收器的整體密封性、導(dǎo)熱性、承壓能力較好 , 但耐高溫性能比非金屬差。 非金屬接收器的優(yōu)點(diǎn)在于耐高溫、耐腐蝕 , 使用壽命長(zhǎng) , 常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。塔式太陽能熱發(fā)電站 Sofar one采用的是管狀接空腔式接收器最早應(yīng)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(dá) 80℃ 。后來 , 金屬絲網(wǎng)逐漸被 SIC或 A1203材料所取代。新型 空腔式接收器置于有壓容器中 , 陽光通過拋物面狀石英玻璃窗口進(jìn)入容器。工質(zhì)介質(zhì)為水 /蒸汽 。Solar Two 仍采用管狀接收器 , 工作介質(zhì)為熔鹽 , 在平均太陽輻射能流密度 430KW/㎡ 條件下 , 吸熱器額定功率為 ,將進(jìn)口溫度為 288℃山西大學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 的熔鹽加熱到 565℃ ,經(jīng)管道和泵輸往熱鹽罐儲(chǔ)存。 空腔式接收器最早應(yīng)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(dá) 80℃ 。后來 , 金屬絲網(wǎng)逐漸被 SiC或 氧化鋁 材料所取代。新型空腔式接收器置于有壓容器中 , 陽光通過拋物面狀石英玻璃窗口進(jìn)入容 器 。 Rein Buck 等人提出了一種新型的雙重接收器 ,結(jié)合了空腔式和管式接收器的特點(diǎn)。研究結(jié)果表明 ,改進(jìn)后可使接收器達(dá)到更高的熱效率、更低的溫度和更少的熱損失 , 年電能產(chǎn)量可提高 27%。 跟蹤技術(shù) 現(xiàn)有的太陽能跟蹤方式主要有 2 種 :單軸跟蹤系統(tǒng) (槽式熱發(fā)電系統(tǒng) )、 雙軸跟蹤系統(tǒng) (塔式熱發(fā)電系統(tǒng)及碟式熱發(fā)電系統(tǒng) )。 雖然 , 對(duì)太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)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(fù)雜 、 跟蹤成本高 、 聚光效率低的問題 。 上世紀(jì) 80年代自適應(yīng)光學(xué)在近代精密光學(xué)中取得很大成功 , 但由于 控制系統(tǒng)極其復(fù)雜且價(jià)格高昂 , 在太陽能上應(yīng)用一直是個(gè)難題 。 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 。 即使在人射角變化的情況下 ,也能夠有效地消除太陽光斑的像差 , 從而使聚光的倍數(shù)大大增加 , 并且可以實(shí)現(xiàn)聚光與跟蹤同時(shí)進(jìn)行的設(shè)計(jì)模式 。 高次曲面鏡面的研制 , 以及自適應(yīng)光學(xué)在自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)中的低成本應(yīng)用是提高太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)效率 、 降低成本的重要保障 。 因此 ,需要開發(fā)適用于太陽能聚光系統(tǒng)的高次曲面 , 尋找低成本的高次曲面加工工藝 , 探討自適應(yīng)光學(xué)在太陽能跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)太 陽輻射高精度低成本的跟蹤預(yù)測(cè) , 進(jìn)而提高聚焦溫度 , 減少光學(xué)損失 。 拋物面聚焦集熱器只能收集直射光線，利用跟蹤裝置可以使系統(tǒng)截獲更多的太陽輻射。用于太陽能發(fā)電的跟蹤方式按照入射光和主光軸的位置關(guān)系可分為兩軸跟蹤和單軸跟蹤。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(jì)的，它具有最理想的光學(xué)性能，是最好的跟蹤方式，能夠