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基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式太阳能光热系统模拟研究

裘闰超  
【摘要】:超临界CO_2布雷顿循环结合塔式太阳能光热发电技术被认为是下一代太阳能光热技术的发展方向,具有高效率、高能量密度、循环简单等特点。本文对超临界CO_2布雷顿循环结合塔式太阳能光热发电系统进行了研究。本文首先设计了基于超临界CO_2循环的塔式太阳能光热系统。本文对选址处的太阳能资源情况进行了详细地评估和分析,对定日镜的尺寸和布置、吸热器形式及流动方式等参数进行了设计,以及对动力循环系统进行了设计分析。然后,本对基于超临界CO_2的塔式太阳能光热系统进行了建模研究,包括镜场、吸热器、动力循环系统等模块的数学模型的建立,并将模型结果与美国新能源研究实验室的结果进行了分析对比,验证了该系统模型的可靠性。通过模型的仿真,对基于超临界CO_2的塔式太阳能光热系统的吸热面积、吸热器的对流损失和辐射损失、吸热器效率、镜场效率、全厂效率等关键参数进行了研究分析。研究结果表明,随着涡轮机入口温度的增加,布雷顿循环效率和镜场效率随之增加,吸热器的效率随之减小,全厂效率呈现先增加后减小,并在750℃左右达到全厂效率的最大值。此外,随着涡轮机入口温度的升高,吸热器的吸热面积、镜场面积随之减小。仿真数据表明,涡轮机入口温度从500℃上升到800℃,吸热器的吸热面积减小了 21.7%,镜场面积减小了 22.2%。最后,本文选取涡轮机入口温度为750℃的工况,对基于超临界CO_2的塔式太阳能光热系统典型日的运行参数情况进行了分析,得出了在典型日系统的能量供给情况和典型日光热系统逐时的效率情况,即基于超临界CO_2循环的塔式太阳能光热系统在夏至日光热系统供能比率最高,能到达50%;在冬至日光热系统供能比率最低,只有27.4%;平均供能比率在39.7%左右。典型日的逐时吸热器和全厂效率分析曲线呈先升后降趋势,通过比较四个典型日白天的全厂平均效率得出,夏至日的效率略高于春分和秋分0.8个百分点;冬至日的效率低于春分和秋分5.5个百分点;四个典型日的平均效率在20.36%左右。


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