隨著全球能源需求的快速增長,傳統(tǒng)化石能源的大量使用導致的溫室效應(yīng)和大氣污染等環(huán)境問題與能源安全問題日益嚴峻,因此迫切需要開發(fā)清潔能源部分或完全替代現(xiàn)有的化石能源。太陽能是儲量豐富的可再生能源,因其清潔、取之不盡用之不竭的優(yōu)點而備受關(guān)注。但是目前太陽能利用仍面臨效率低、成本高以及供能不穩(wěn)定等問題。這一方面是受制于太陽能的間歇性與不穩(wěn)定的特點;另一方面是太陽能向其它形式能量的轉(zhuǎn)換利用過程中存在較大不可逆損失,其相關(guān)過程缺少理論指導。本學位論文依托國家自然科學基金與國家重點研發(fā)計劃等科研課題,探索了太陽能高、中溫熱化學理論,并搭建了相關(guān)的實驗平臺,分析了太陽能熱化學系統(tǒng)中限制效率提升的瓶頸問題,提出太陽能利用效率的提升機理,建造了通用太陽模擬器實驗平臺,并依托太陽模擬器進行了相關(guān)實驗研究。本文的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:1.從能的品位出發(fā),探索了太陽能-化學能過程中的能量轉(zhuǎn)換與損失機理;采用溫-熵圖分析方法對太陽能高溫熱化學循環(huán)進行分析,分析太陽能熱化學循環(huán)過程中聚光比、溫度、壓力、運行模式等關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響;最后從減小太陽能利用不可逆損失與提升太陽熱能品位的角度,提出了太陽能熱化學方法中... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?ＩＥＡ２０１１年關(guān)于世界能源隨時間的變化??

能熱化學方法具有全光譜利用太陽能的優(yōu)勢。其主要原理是通過熱化學反應(yīng)過程，??利用聚焦的太陽能驅(qū)動吸熱的化學反應(yīng)，將聚集的太陽能轉(zhuǎn)化為碳氫燃料的化學??能，其主要的技術(shù)路線如圖１－２所示［１４Ｌ主要分為太陽能與傳統(tǒng)化石能源互補的??中、低溫熱化學方法和太陽能直接分解水或二氧化碳的高溫熱化學方法兩種類型。??相比于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，熱化學方法理論上除了輻射損失一部分能量之外，??其余的能量都可以轉(zhuǎn)換為燃料的化學能，因此其具有較高的太陽能－化學能效率??的潛力，是太陽能利用中最有前景的方式之一。??？??Ｃｏｎｃａｎｔｒａｔｅｄ??Ｓｏｔａｒ?Ｅｒｗｒｇｙ??Ｈ２０／Ｃ０２－ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?Ｄｅｃａｒｔｏｎｉｚａｔｉｏｎ??：／ｌ．?＾＿＿，：?！?，?１，?１?＼?Ｉ?ＴＴＴ！??！?Ｓｏｉａｒ?ｔｖ?Ｓ〇ｂｒ?．，丨?丨?Ｓｏｂｒ?Ｓｏｌａｒ?［??；Ｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ?Ｔ＊ＷｒＪ＾ｍＣａｌ?；?；?Ｃｒａｃｋｉｎｇ?Ｒ？ｆｏｍｔｈｉｇ?Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?？??Ｓｏｌａｒ?Ｆｕｅｌｓ??圖１－２太陽能熱化學燃料轉(zhuǎn)換方法Ｍ??太陽能熱化學研究是一種重要的太陽能熱利用方式，主要分為低溫熱化學、??中溫熱化學與高溫熱化學三個領(lǐng)域，其主要利用太陽能來生產(chǎn)燃料，將太陽能轉(zhuǎn)??換為燃料的化學能。太陽能低溫熱化學溫度一般在２００？３００°Ｃ

?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ａｔｍ）??圖１－３甲烷重整的熱力學轉(zhuǎn)化率Ｍ??圖１－３為甲烷干濕重整在不同反應(yīng)條件下（溫度、壓力），反應(yīng)達到熱力學??平衡狀態(tài)時甲烷的理論轉(zhuǎn)化率。從圖中可以看出，當重整反應(yīng)壓力為ｌａｔｍ，溫??度為８００°Ｃ時，甲烷的濕重整的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)到達１００％，千重整的轉(zhuǎn)化率接近９０％。??但在實驗反應(yīng)中由于反應(yīng)的動力學限制，其實際轉(zhuǎn)化率通常遠低于此數(shù)值（比如??５０％），因此甲烷重整反應(yīng)一般都需要使用催化劑來加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)系??統(tǒng)的動力學性能，使之能夠接近熱力學結(jié)果。??甲烷重整制氫反應(yīng)多以負載型金屬催化劑最為常見，按金屬活性組分可分為??貴金屬和非貴金屬兩類。催化劑一般附著在Ａ１２０３、Ｚｒ０２及Ｃｅ－Ｚｒ０２等載體上。??載體的作用是增加催化劑整體比表面積和保證良好傳熱傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，有利于反應(yīng)物??質(zhì)在催化劑表面吸附

【參考文獻】：
期刊論文
[1]國外大型太陽模擬器研制技術(shù)概述[J]. 楊林華,李竑松.  航天器環(huán)境工程. 2009(02)
[2]稀土鈣鈦礦催化劑制備方法的研究進展[J]. 冉銳,吳曉東,翁端.  稀土. 2004(05)



本文編號：2988527