【摘要】：作為一種資源豐富、分布廣泛的可再生能源,太陽能的大力開發(fā)利用對節(jié)能減排具有重要意義,已經(jīng)成為解決能源短缺、減少CO2及污染物排放的有效途徑之一。受太陽能能流密度低、間歇以及不穩(wěn)定等自然屬性的影響,現(xiàn)階段太陽能利用面臨發(fā)電效率低、不穩(wěn)定、儲能成本高等難題,嚴(yán)重制約了太陽能利用技術(shù)的發(fā)展。為此,本學(xué)術(shù)論文旨在提升太陽能的利用效率、穩(wěn)定性及可靠性,依托國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等研究課題,針對太陽能與清潔燃料熱化學(xué)互補(bǔ)利用,分別從太陽能與燃料熱化學(xué)品位耦合機(jī)理、太陽能熱化學(xué)反應(yīng)建模與分析、原理樣機(jī)研制與實(shí)驗(yàn)研究以及系統(tǒng)集成優(yōu)化等方面開展研究工作�；跓崃W(xué)與熱化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特性,開展了太陽能與燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化全工況品位耦合機(jī)制研究。針對太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程,開展全工況下能的品位耦合及不可逆損失機(jī)制的研究,分析太陽輻照強(qiáng)度、進(jìn)料空速變化對太陽能熱化學(xué)能質(zhì)耦合規(guī)律的影響。通過研究太陽能熱化學(xué)全工況品位耦合機(jī)制,分析得出不同運(yùn)行工況下能量轉(zhuǎn)化不可逆損失變化規(guī)律及形成原因,闡明熱力系統(tǒng)全工況下提質(zhì)增效機(jī)制,得出太陽能熱化學(xué)互補(bǔ)系統(tǒng)理論太陽能凈發(fā)電效率。構(gòu)建太陽能聚光-熱-化學(xué)反應(yīng)多場耦合模型,數(shù)值研究中低溫太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能及多場耦合規(guī)律,分析結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)對熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能的影響。針對基于甲醇分解的太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程,研究熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性規(guī)律及多場耦合特性,分析太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)對熱化學(xué)轉(zhuǎn)化性能的影響,進(jìn)而為太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及運(yùn)行調(diào)控參數(shù)的優(yōu)化奠定理論模型基礎(chǔ)。集成太陽能熱化學(xué)與化學(xué)回?zé)徇^程,提出新型的太陽能與清潔燃料熱化學(xué)互補(bǔ)的分布式供能系統(tǒng),開展系統(tǒng)熱力學(xué)性能、運(yùn)行調(diào)控策略、全工況性能及集成優(yōu)化研究工作。在太陽能與燃料熱化學(xué)互補(bǔ)機(jī)理與建模分析的基礎(chǔ)上,提出集成了太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化及化學(xué)回?zé)徇^程的多能互補(bǔ)分布式供能系統(tǒng),通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化將太陽能及動力余熱升級為燃料化學(xué)能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)太陽能及動力余熱的高效利用。面向?qū)崟r(shí)變化的太陽能輻照強(qiáng)度和用戶負(fù)荷需求,研究了系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)控策略及變工況運(yùn)行性能,并以能源利用率、經(jīng)濟(jì)性及CO2減排性能為優(yōu)化目標(biāo)開展系統(tǒng)關(guān)鍵單元容量的優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)年均能源利用率達(dá)70.22%,輸入太陽能份額為10.39%。相對分產(chǎn)供能系統(tǒng),多能互補(bǔ)系統(tǒng)年燃料節(jié)省率、CO2減排率及成本節(jié)省率分別為3 1.49%、39.18%和6.09%,具有明顯節(jié)能減排及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。開展了 100 kW太陽能與甲醇熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電樣機(jī)的研制、調(diào)試運(yùn)行、太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化及互補(bǔ)發(fā)電等實(shí)驗(yàn)研究工作�；谒訖C(jī)測試平臺,實(shí)驗(yàn)研究了太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化規(guī)律,分析太陽輻照強(qiáng)度及甲醇進(jìn)料空速對太陽能熱化學(xué)性能的影響規(guī)律,并研制基于朗伯靶的能流密度測量裝置對吸收/反應(yīng)器熱流密度分布進(jìn)行測試,其中,典型運(yùn)行工況下平均甲醇分解轉(zhuǎn)化率達(dá)82.72%,平均太陽能熱化學(xué)利用效率達(dá)40%;實(shí)驗(yàn)研究互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控方法與變工況發(fā)電性能,首次實(shí)現(xiàn)太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化與動力發(fā)電的聯(lián)調(diào)運(yùn)行。
【圖文】：

集熱器根據(jù)聚光方式可分為中低溫線集熱器和高溫中心集熱器。前者逡逑多與拋物槽式和菲涅爾式聚光器匹配，后者多與塔式聚光器和碟式聚光器匹配。逡逑相關(guān)研究主要針對其結(jié)構(gòu)形式以及表面涂層開展。例如：Ｈｏ等人［１３］對比研宄了逡逑氣體、液體和固體顆粒式中心集熱器，研宄發(fā)現(xiàn)氣體和液體作為集熱工質(zhì)的管式逡逑集熱器具有較好的應(yīng)用前景，而固體顆粒式集熱器有待進(jìn)一步提高集熱效率以及逡逑整體性能。在中低溫涂層的研究方面，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室［１４１使用物理氣逡逑相沉積法設(shè)計(jì)并研制了一款新涂層，新涂層較傳統(tǒng)Ｍｏ－Ａｂ0３陶瓷涂層具有更高逡逑的吸收率和更低的發(fā)射率，為光熱電站提供了一種高效、低成本的吸熱涂層。在逡逑高低溫涂層的研究方面，Ｐｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ作為金屬材料，ＡＩ２Ｏ３作為介電材料的逡逑陶瓷涂層［１５］被廣泛研宄，，在１０００°Ｃ下，涂層吸收率可達(dá)０．８５以上，發(fā)射率低于逡逑０．２２，且具有良好的穩(wěn)定性，為高溫光熱發(fā)電提供了多種選擇。逡逑如上所述，在不同集熱溫度的集熱器中，所采用的集熱工質(zhì)不同。例如，集逡逑熱溫度低于４００°Ｃ的集熱器通常采用ＴｈｅｒｍｉｎｏｌＶＰ－１型導(dǎo)熱油工質(zhì)，其被廣泛應(yīng)逡逑用于中低溫光熱電站。與此同時(shí)，Ｍｗｅｓｉｇｙｅ等人１１６１在Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ邋ＶＰ－１中添加Ｃｕ、逡逑Ａｇ和ＡＩ２Ｏ３納米顆粒以強(qiáng)化傳熱，研究表明，集熱效率可提高７－１４個百分點(diǎn)。逡逑

存，其流程結(jié)構(gòu)如圖１－４所示�，F(xiàn)階段，針對太陽能水分解、Ｃ0２分解、甲烷千／濕重整、生物質(zhì)的研究工作。通過太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，將太陽料的化學(xué)能當(dāng)中。針對太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，分析、熱化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)、高與優(yōu)化以及樣機(jī)示范等方面的研究工作。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK519;TK16;X382.1

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本文編號：2623236