太阳能烟囱发电系统能效分析与优化

摘要

世界能源需求量不断增加进一步加剧了可用能源的短缺，另外，当前可用能源石油和煤炭对环境造成破坏且不可再生。因此，急需开发可再生能源和清洁能源的利用技术来解决当前问题。太阳能烟囱发电技术是一种大规模发电技术，其利用太阳能产生通风驱动风力透平来生产电能，该技术具有清洁、结构简单等优点。
　　 本文以西班牙Manzanares太阳能烟囱电厂原型作为研究对象，建立太阳能烟囱发电系统的数值模型，应用FLUENT软件对太阳能烟囱发电系统中的气流进行数值模拟，研究太阳能烟囱发电系统内温度场、压力场和速度场的分布情况，计算系统的可用发电功率。利用正交试验，结合数值模拟结果分析太阳能烟囱发电系统中不同结构尺寸对发电功率和发电效率的影响，并得出系统最佳结构尺寸。并利用热力学原理对太阳能烟囱发电系统进行能量平衡和(火用)平衡计算分析，得到系统中能量的利用情况。
　　 结果表明:在太阳能烟囱发电系统中影响系统性能的因子有集热器直径、太阳辐射、集热器进口高度、烟囱高度;集热器进口高度为影响系统性能的最主要因子，在系统设计中应优先保证因子B取其最好水平，在本论文中取B3，即集热器进口高度He=0.4(m);最优的结构参数组合为集热器直径Df=240(m)，集热器进口高度He=0.4(m)，烟囱高度H3=185(m)。太阳能烟囱发电系统原型电厂中，系统(火用)效率为bp=9.07％。集热器内(火用)损较大，是系统能量损失的主要组件，为提高系统整体的能量利用效率，应重点加强集热器的能量利用效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 能源问题及可再生能源的开发利用

1．1．1 世界及我国能源发展现状

1．1．2 可再生能源的开发利用

1．2 太阳能发电技术

1．3 太阳能烟囱发电技术

1．3．1 太阳能烟囱发电技术的原理及特点

1．3．2 太阳能烟囱发电技术的国内外研究综述

1．4 课题的提出

1．4．1 课题背景

1．4．2 本文主要研究内容

第2章 太阳能烟囱发电系统数值模拟

2．1 FLUENT软件简介

2．2 数学模型

2．2．1 基本方程

2．2．2 模型假设

2．3 模型结构参数

2．4 模型绘制及网格划分

2．5 边界条件

2．6 计算参数的设置过程

2．7 本章小结

第3章 数值模拟结果及正交试验

3．1 太阳能烟囱发电系统的能量转化效率

3．1．1 集热棚热转换效率

3．1．2 烟囱能量转换效率

3．1．3 气动特性分析

3．2 正交试验

3．2．1 正交试验方法简介

3．2．2 正交试验设计

3．2．3 正交试验结果分析

3．2．4 极差分析

3．2．5 方差分析

3．3 本章小结

第4章 太阳能烟囱发电系统能量和(火用)分析

4．1 能量和(火用)分析方法

4．1．1 能量品质

4．1．2 有效能

4．1．3 (火用)分析的基本原理

4．2 系统额外假设

4．3 系统能量分析

4．4 系统(火用)分析

4．5 计算结果

4．6 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢