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2012年8月21日至23日,由中國可再生能源學(xué)會、中國工程熱物理學(xué)會及科技部高新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化司聯(lián)合主辦，中國科學(xué)院電工研究所、科技部太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟承辦，海南省可再生能源協(xié)會、皇明太陽能股份有限公司和國家太陽能熱利用工程技術(shù)研究中心協(xié)辦的“2012年太陽能熱發(fā)電技術(shù)三亞國際論壇”在海南省三亞市三亞灣海居鉑爾曼度假酒店隆重召開。
中國科學(xué)院電工研究所徐二樹研究員向與會人員介紹《大規(guī)模太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成及調(diào)控策略》近兩年的研究進展情況：
中國科學(xué)院電工研究所徐二樹研究員向與會人員介紹《大規(guī)模太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成及調(diào)控策略》近兩年的研究進展情況：
① 完成光－熱－功能量轉(zhuǎn)化微型實驗臺的搭建、調(diào)試及實驗方案。在研究光熱轉(zhuǎn)換、熱功轉(zhuǎn)換的內(nèi)在作用規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了光－熱－功能量轉(zhuǎn)化微型實驗臺的設(shè)計方案，建立了光熱轉(zhuǎn)換實驗裝置，初步開展了15kW槽式集熱器光－熱轉(zhuǎn)化的熱力性能實驗，并考察了太陽輻照強度對槽式真空集熱管集熱效率的影響。
② 建立聚光島性能測試的理論方法和測試平臺。在分析聚光島、吸熱島、熱能島能量聚集、傳輸和轉(zhuǎn)換機理的基礎(chǔ)上，針對聚光島、吸熱島、熱能島特點，提出了聚光島、吸熱島、熱能島性能測試方案。聚光島主要以定日鏡聚光形成光斑的能流密度、定日鏡跟蹤精度性能為核心，建立了相應(yīng)的測試理論和以朗伯靶、CCD 相機構(gòu)成的測試平臺。
③ 在定日鏡跟蹤精度研究方面，開發(fā)及驗證了一種帶鏡面偏心距及其它固定幾何誤差定日鏡的準確方位-俯仰跟蹤公式。此外，以延慶八達嶺實驗基地為平臺，建立了塔式實驗電站，為儲熱、熱功轉(zhuǎn)換過程的性能測試奠定了基礎(chǔ)。
④ 建立塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)聚光島、吸熱島的動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型。太陽能熱發(fā)電是多物理過程、非穩(wěn)態(tài)、強非線性耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，針對太陽能變化的間歇性、不穩(wěn)定性特點，根據(jù)太陽與地球位置變化基本規(guī)律，依據(jù)經(jīng)典的太陽直射輻射模型，建立了模擬太陽能輻照的數(shù)學(xué)模型算法；利用非光線成像原理，深入研究了太陽能塔式電站定日鏡鏡面面型和反射光斑位置、形狀隨時間變化規(guī)律，建立了塔式電站定日鏡的通用仿真數(shù)學(xué)模型；基于非成像光學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)的基本原理，根據(jù)八達嶺1MW 塔式電站吸熱器、蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用模塊化的建模方法，建立了八達嶺塔式電站腔式吸熱器、和雙級蓄熱系統(tǒng)的全工況仿真數(shù)學(xué)模型；分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律。
⑤ 開發(fā)腔式吸熱器熱性能評價模型，并對塔式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)進行能量分析和火用分析。在分析聚光島、吸熱島、熱能島能量聚集、傳輸和轉(zhuǎn)換機理的基礎(chǔ)上，針對聚光島、吸熱此外，在吸熱島、熱能島方面，依據(jù)成熟的熱力學(xué)、傳熱學(xué)理論，建立了腔式吸熱器的熱性能評價模型，并基于此模型對塔式電站各個子系統(tǒng)進行了基于熱力學(xué)第一定律和第二定律的能量分析。
⑥ 針對新型二級儲熱系統(tǒng)開發(fā)動態(tài)仿真模型，研究其內(nèi)在工作機理。開發(fā)了基于能量守恒的動態(tài)仿真模型，并應(yīng)用此模型對混凝土-蒸汽蓄熱器二級儲熱系統(tǒng)的放熱過程進行了模擬研究。研究中重點分析了放熱過程中蒸汽蓄熱器的蒸汽發(fā)生量、發(fā)生溫度和壓力等的變化規(guī)律。并考察了混凝土模塊的放熱特點和放熱機理。研究表明此低成本的混凝土—蒸汽蓄熱器二級儲熱系統(tǒng)能夠有效的應(yīng)用在以水蒸氣為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。
⑦ 分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律。在掌握對現(xiàn)有塔式電站流程基礎(chǔ)上，以布雷頓熱力循環(huán)、朗肯循環(huán)為核心，從太陽能聚光、蓄熱、熱功轉(zhuǎn)換三個主要能量轉(zhuǎn)化過程為研究對象，采用序貫?zāi)K，對西班牙PS10，美國SOLAR ONE, SOLAR TWO, 和德國SOLARGATE 進行了熱力性能模擬。結(jié)果基本與文獻相符。分析中，將能的品位分析方法引入太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成研究。通過聚光、集熱、熱-功轉(zhuǎn)化的能量品位變化，找到發(fā)生不可逆損失的根源，發(fā)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電效率提高的突破口。⑧ 研究光熱轉(zhuǎn)化、熱量傳輸、熱量蓄存及熱功能量轉(zhuǎn)換匹配機制。分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律，以八達嶺塔式電站為對象，在建立太陽輻射、定日鏡、吸熱器、蓄熱系統(tǒng)模型、汽輪發(fā)電機組模型的基礎(chǔ)上，利用熱力系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)模型、進行了光熱轉(zhuǎn)化、熱量傳輸、熱量蓄存及熱功能量轉(zhuǎn)換耦合，初步建立了八達嶺塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全工況動態(tài)仿真模型，利用STAR-90 仿真平臺開發(fā)了國內(nèi)首臺太陽能熱發(fā)電仿真機。基于研究分析，本課題提出了幾種新型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
② 建立聚光島性能測試的理論方法和測試平臺。在分析聚光島、吸熱島、熱能島能量聚集、傳輸和轉(zhuǎn)換機理的基礎(chǔ)上，針對聚光島、吸熱島、熱能島特點，提出了聚光島、吸熱島、熱能島性能測試方案。聚光島主要以定日鏡聚光形成光斑的能流密度、定日鏡跟蹤精度性能為核心，建立了相應(yīng)的測試理論和以朗伯靶、CCD 相機構(gòu)成的測試平臺。
③ 在定日鏡跟蹤精度研究方面，開發(fā)及驗證了一種帶鏡面偏心距及其它固定幾何誤差定日鏡的準確方位-俯仰跟蹤公式。此外，以延慶八達嶺實驗基地為平臺，建立了塔式實驗電站，為儲熱、熱功轉(zhuǎn)換過程的性能測試奠定了基礎(chǔ)。
④ 建立塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)聚光島、吸熱島的動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型。太陽能熱發(fā)電是多物理過程、非穩(wěn)態(tài)、強非線性耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，針對太陽能變化的間歇性、不穩(wěn)定性特點，根據(jù)太陽與地球位置變化基本規(guī)律，依據(jù)經(jīng)典的太陽直射輻射模型，建立了模擬太陽能輻照的數(shù)學(xué)模型算法；利用非光線成像原理，深入研究了太陽能塔式電站定日鏡鏡面面型和反射光斑位置、形狀隨時間變化規(guī)律，建立了塔式電站定日鏡的通用仿真數(shù)學(xué)模型；基于非成像光學(xué)、熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)的基本原理，根據(jù)八達嶺1MW 塔式電站吸熱器、蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用模塊化的建模方法，建立了八達嶺塔式電站腔式吸熱器、和雙級蓄熱系統(tǒng)的全工況仿真數(shù)學(xué)模型；分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律。
⑤ 開發(fā)腔式吸熱器熱性能評價模型，并對塔式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)進行能量分析和火用分析。在分析聚光島、吸熱島、熱能島能量聚集、傳輸和轉(zhuǎn)換機理的基礎(chǔ)上，針對聚光島、吸熱此外，在吸熱島、熱能島方面，依據(jù)成熟的熱力學(xué)、傳熱學(xué)理論，建立了腔式吸熱器的熱性能評價模型，并基于此模型對塔式電站各個子系統(tǒng)進行了基于熱力學(xué)第一定律和第二定律的能量分析。
⑥ 針對新型二級儲熱系統(tǒng)開發(fā)動態(tài)仿真模型，研究其內(nèi)在工作機理。開發(fā)了基于能量守恒的動態(tài)仿真模型，并應(yīng)用此模型對混凝土-蒸汽蓄熱器二級儲熱系統(tǒng)的放熱過程進行了模擬研究。研究中重點分析了放熱過程中蒸汽蓄熱器的蒸汽發(fā)生量、發(fā)生溫度和壓力等的變化規(guī)律。并考察了混凝土模塊的放熱特點和放熱機理。研究表明此低成本的混凝土—蒸汽蓄熱器二級儲熱系統(tǒng)能夠有效的應(yīng)用在以水蒸氣為吸熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。
⑦ 分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律。在掌握對現(xiàn)有塔式電站流程基礎(chǔ)上，以布雷頓熱力循環(huán)、朗肯循環(huán)為核心，從太陽能聚光、蓄熱、熱功轉(zhuǎn)換三個主要能量轉(zhuǎn)化過程為研究對象，采用序貫?zāi)K，對西班牙PS10，美國SOLAR ONE, SOLAR TWO, 和德國SOLARGATE 進行了熱力性能模擬。結(jié)果基本與文獻相符。分析中，將能的品位分析方法引入太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成研究。通過聚光、集熱、熱-功轉(zhuǎn)化的能量品位變化，找到發(fā)生不可逆損失的根源，發(fā)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電效率提高的突破口。⑧ 研究光熱轉(zhuǎn)化、熱量傳輸、熱量蓄存及熱功能量轉(zhuǎn)換匹配機制。分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的量流結(jié)構(gòu)，研究太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)在作用規(guī)律，以八達嶺塔式電站為對象，在建立太陽輻射、定日鏡、吸熱器、蓄熱系統(tǒng)模型、汽輪發(fā)電機組模型的基礎(chǔ)上，利用熱力系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)模型、進行了光熱轉(zhuǎn)化、熱量傳輸、熱量蓄存及熱功能量轉(zhuǎn)換耦合，初步建立了八達嶺塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全工況動態(tài)仿真模型，利用STAR-90 仿真平臺開發(fā)了國內(nèi)首臺太陽能熱發(fā)電仿真機。基于研究分析，本課題提出了幾種新型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
課題今后研究重點為：掌握更深入的調(diào)控和集成技術(shù)；建立MW級熱功率熔融鹽吸熱-儲熱-蒸汽發(fā)生綜合實驗平臺，掌握熔融鹽電站系統(tǒng)集成及調(diào)控技術(shù)。（太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟）
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