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太阳能热风发电的优化研究

杨燕  
【摘要】:能源是人类生产生活和社会经济发展的重要物质基础。目前全球能源形势严峻,传统的不可再生能源已面临枯竭,新能源与可再生能源的开发迫在眉睫。在众多的可再生能源中,太阳能有其巨大优势:能量巨大、普遍、经济、无污染,但太阳能发电技术的应用还未普及。太阳能热风发电系统有很大开发潜力,该系统由集热棚、导流塔囱和涡轮发电机组组成,适于太阳辐射强的沙漠地区。 本课题通过模拟不同太阳能热风发电系统内部结构,尝试得出系统内部的优化结构,提高太阳能的转换效率,模拟的条件综合考虑外部气象因素。研究蓄热介质沙子的储热换热特性和进行理论分析及计算,并为在乌海金沙湾地区建设一座沙漠太阳能热风发电站的设计提供理论依据。 本文收集、整理和分析了内蒙古乌海市以及乌海金沙湾地区的地理环境和太阳能资源的相关资料,说明内蒙古乌海金沙湾沙漠太阳能热风发电站建设具有可行性;通过理论计算得到太阳能热风发电系统集热棚面积、蓄热介质沙厚、塔囱高度等参数的计算模式;通过小型集热器实验得到:对于内蒙古地区,3月份在无气流流动情况下,蓄热介质沙子的最高温度出现在16时,且最高温升可达40K,将作为乌海金沙沙漠太阳能热风发电站的设计参数值;以蓄热介质沙子为研究对象,拟合出地面太阳能辐射热流逐时变化函数;模拟具有不同结构集热棚的太阳能热风发电系统,经计算得到:当地环境风速对圆形集热棚内气流分布有影响,风速大于3.5m/s,会产生棚内气流逆流现象,导致利用率下降;系统以半圆形集热棚且半径方向设置风门(即c方式设计)的太阳能热风发电系统的效率较高,塔囱底部气流速度最大,而且环境风压对系统会产生环境多边效应影响,其中45°进风角时,系统内气流速度最大。建议乌海金沙湾地区选用半圆形集热棚,在半径方向上设置风门,且风门西北向设置。 本课题的研究为太阳能热风发电系统的开发应用提供理论支撑,对缓解当前的能源压力和环境压力有重大意义,同时为科学地利用自然资源、探索新的发电技术,亦有重要研究价值。


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