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□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H_e=0.4(m)；最优的结构参数组合为集热器直径D_f=240(m)，集热器进口高度H_e=0.4(m)，烟囱高度H_3=185(m)。太阳能烟囱发电系统原型电厂中，系统□效率为b_p=9.07%。集热器内□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。 【关键词】：太阳能烟囱 数值模拟 系统效率 优化 能量分析 □分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 能源问题及可再生能源的开发利用9-11
• 1.1.1 世界及我国能源发展现状9-10
• 1.1.2 可再生能源的开发利用10-11
• 1.2 太阳能发电技术11
• 1.3 太阳能烟囱发电技术11-16
• 1.3.1 太阳能烟囱发电技术的原理及特点11-12
• 1.3.2 太阳能烟囱发电技术的国内外研究综述12-16
• 1.4 课题的提出16-17
• 1.4.1 课题背景16
• 1.4.2 本文主要研究内容16-17
• 第2章 太阳能烟囱发电系统数值模拟17-23
• 2.1 FLUENT 软件简介17
• 2.2 数学模型17-18
• 2.2.1 基本方程17-18
• 2.2.2 模型假设18
• 2.3 模型结构参数18-19
• 2.4 模型绘制及网格划分19-20
• 2.5 边界条件20
• 2.6 计算参数的设置过程20-22
• 2.7 本章小结22-23
• 第3章 数值模拟结果及正交试验23-42
• 3.1 太阳能烟囱发电系统的能量转化效率23-25
• 3.1.1 集热棚热转换效率23-24
• 3.1.2 烟囱能量转换效率24
• 3.1.3 气动特性分析24-25
• 3.2 正交试验25-41
• 3.2.1 正交试验方法简介25
• 3.2.2 正交试验设计25-26
• 3.2.3 正交试验结果分析26-37
• 3.2.4 极差分析37-40
• 3.2.5 方差分析40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 太阳能烟囱发电系统能量和分析42-55
• 4.1 能量和分析方法42-43
• 4.1.1 能量品质42
• 4.1.2 有效能42-43
• 4.1.3 分析的基本原理43
• 4.2 系统额外假设43-44
• 4.3 系统能量分析44-47
• 4.4 系统分析47-48
• 4.5 计算结果48-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果59-60
• 致谢60

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