塔式太阳能热发电腔式吸热器动态仿真模型

以大汉MW级塔式太阳能热发电系统过热型腔式吸热器为研究对象,采用模块化建模方法、根据吸热器的工作机制和热力学定律,建立过热型腔式吸热器的全工况动态仿真数学模型。模拟大汉兆瓦级塔式太阳能热发电站过热型腔式吸热器的动、静态特性。给出大汉兆瓦级塔式太阳能热发电过热型腔式吸热器太阳能辐照的阶跃扰动响应曲线,得出的结论对塔式太阳能热发电电站过热型吸热器的设计、塔式太阳能热发电电站运行策略的制定具有一定的指导意义。     

太阳能热发电系统的研究现状综述

介绍塔式、槽式、碟式、太阳能热气流和太阳能池热发电等5种主要类型的太阳能热发电系统的工作原理及研究现状,并对各类太阳能热发电技术的优缺点进行了比较。结果表明,塔式太阳能热发电系统聚光比高,系统容量大、效率高,但费用昂贵;槽式太阳能热发电系统结构简单,但聚光比小,系统工作温度较低;碟式太阳能热发电系统聚光比大,系统效率高,结构紧凑,安装方便,但其核心部件斯特林发动机技术难度较大;太阳能热气流发电、太阳能池热发电及向下反射式太阳能热发电等在技术上各有优势。     

塔式光热发电系统性能分析与评价

本文基于热力学第二定律,对塔式光热发电系统在给定镜场布置与太阳能辐射模型条件下的系统性能进行分析与评价,对各部件进行常规?分析与先进?分析,以发电系统中吸热器为研究重点,探究其运行与结构参数对吸热器性能的影响规律,通过先进?分析对吸热器的不可逆性与系统耦合影响进行了量化分析,并对某30 MW塔式光热发电系统采用Ebsilon软件进行仿真模拟。仿真结果表明:在塔式光热发电系统中,各部件的内部?损占比为60%~95%,表明各部件的性能改善主要应针对部件自身;而吸热器的?损远高于其他部件,表明通过改善吸热器邻近设备性能而降低其外部?损具有明显效果;吸热器的?效率区间为45%~60%,为提高吸热器可用能的利用程度,除了提高吸热器自身热效率外,也可通过提高吸热器工质的温度等级得以实现。     

塔式太阳能热电站系统仿真与分析

该文以八达岭1 MW塔式太阳能热发电系统为研究对象,建立了以水/水蒸汽为工质、带储能系统的塔式太阳能热发电■分析模型,并利用已有仿真平台模拟了电站在变工况下的状态参数。在此基础上,对整个电站进行了设计工况及变工况条件下■分析,辨识了各子系统热效率和■效率的变化规律。结果表明,设计工况下吸热器的损失率最高,可通过提高吸热器出口蒸汽温度来提高其效率。非设计工况下,定日镜场的效率受其与太阳相对位置的影响,其它子系统效率随太阳直射辐射强度(direct normal insolation,DNI)的增大而增大;充热过程中,随着进入储能系统蒸汽量的减少,储能系统和电站效率越来越高;放热过程中,储能系统释放的蒸汽流量对储能系统和电站的效率有显著的影响。     

聚光光伏-光热综合利用系统性能分析

针对光伏电池发电过程中光电效率低、太阳光得不到充分利用以及光伏电池聚光的问题,西安交通大学设计并搭建了一种聚光光伏-光热综合利用系统,采用复合抛物面聚光器对太阳光进行聚光,采用低成本的二维跟踪系统进行太阳跟踪,设计双层流体通道对光伏电池进行吸热、散热,利用水工质带走红外光产生的热量以及电池产生的废热,通过水工质进口流量的调节,协调电效率和热效率,从而实现高效太阳光热电联用。在所搭建系统上建立了系统评价体系,通过数值模拟对系统性能进行了分析研究。     

太阳能模拟电加热器的研究

吸热器是碟式太阳能热发电系统的重要部分,它决定着控制系统及发电机输出电能的性能。为了在实验室条件下模拟碟式太阳能热发电系统吸热器的工作情况,综合采用碟式太阳能热发电原理和吸热器技术,设计加工了一种太阳能模拟电加热器,并对其进行了实验研究。     

塔式太阳能熔盐吸热器传热特性及?分析

该文建立了塔式光热电站圆柱形外露管式吸热器(external cylindrical receiver,ECR)的二维传热模型。重点分析了非均匀入射能流、入射能流总功率、环境风速以及吸热管尺寸等运行设计参数对吸热器表面的温度及热损分布、热效率、压降特性和?效率的影响。结果表明:辐射和对流热损主要集中在吸热器后半部的高温区域,若镜场投入辐射集中在熔盐进口区域,将导致熔盐升温过快,高温区域增大,造成更大的热损失;小管径吸热器有更高的热效率以及更小的环境对流热损,但同时会带来更大的压降损失,在直径小于2cm后压降的增幅尤为明显。考虑环境风速与运行功率的影响,?效率随管径显著变化,并存在最优值,随着入射能流总功率的增大,?效率最优值随管径增大而增大。该文的工作可为目前主流商业化塔式电站用外露管柱式吸热器的设计计算以及辐射能流分布的优化提供理论参考。     

太阳能模拟电加热器的研究

吸热器是碟式太阳能热发电系统的重要部分,它决定着控制系统及发电机输出电能的性能。为了在实验室条件下模拟碟式太阳能热发电系统吸热器的工作情况,综合采用碟式太阳能热发电原理和吸热器技术,设计加工了一种太阳能模拟电加热器,并对其进行了实验研究,得到了较理想的效果,证明了该方法的可行。     

光煤互补发电系统热力学性能分析

建立了纯燃煤发电系统和光煤互补发电系统的物理模型,从系统的能量平衡和平衡方程出发,推导了光煤互补发电系统太阳能净发电效率的解析式,并对该系统的热力学性能进行了分析,研究了集热温度、聚光比、太阳辐照强度对互补系统太阳能净发电效率的影响。结果表明:太阳能聚光集热替代的抽汽级越高,互补发电系统的太阳能净发电效率越高;当太阳能聚光集热替代同一级抽汽时,集热温度越高,互补系统的太阳能净发电效率越低;对于给定的聚光集热温度和太阳辐照强度,互补系统的太阳能净发电效率随着聚光比的增大而升高;对于给定的集热温度和聚光比,互补系统的太阳能净发电效率随着太阳辐照强度的增加而升高。本文的研究结果可为光煤互补发电系统的优化设计提供理论参考。     

槽式太阳能腔体式吸热器热力性能分析

详述了适用于槽式太阳能中低温有机朗肯循环热发电系统的腔体式吸热器的结构形式和聚光原理;并应用TRACEPRO软件对该吸热器的光学特性进行了分析,证实了该吸热器能够可靠地接收太阳辐射;建立了该吸热器的二维稳态传热计算模型;选用R123作为工质,系统地分析了其在超临界工况下的辐照强度、工作压力、工质流量、环境风速以及保温层厚度等参数对热吸热器热力性能的影响规律。结果表明:吸热器在超临界工况下工作时,适当增加工质流量可以增大其吸热量并保证其安全稳定运行;增加入口压力会增加设备成本,并且不能提高吸热器的性能;合理的保温层厚度可以有效减少热损,使吸热器性能得到改善。研究结果可为设计和搭建腔体式吸热器实验台提供理论参考。     

环境风对火电厂直接空冷系统热回流影响的研究

本文利用Fluent软件对某火电厂2×1000MW机组直接空冷系统流场进行数值计算,研究了热回流率随环境风向和风速的变化规律以及挡风墙高度对热回流率的影响。计算结果表明:直接空冷系统的散热性能对周围风环境很敏感,特别是从锅炉房和间接空冷塔方向来流时,大风对空冷岛的散热效果影响较大;其他风向下,随着来流风速增加,热回流率先增大后减小;适当增加挡风墙高度,可以有效降低热回流率。     

计及热惯性及光热电站的综合能源系统优化

传统热电联供联合调度中,燃气轮机(gas turbine, GT)机组“以热定电”的运行模式极大地限制了系统的调峰能力。提出一种光热电站(concentrating solar power, CSP)参与供热的综合能源系统优化调度方法,并在调度过程中考虑供热网络和供热区域的热惯性。首先,构建光热电站参与电热联合系统调节模型,发挥其供能潜力。其次,构建热网管道和建筑物集群的热惯性模型,挖掘其虚拟储能的特性,在满足各项约束的条件下实现两类热惯性与CSP的协同优化运行。在仿真分析中构建5种对比场景,验证了热网和供热区域的热惯性与CSP储热系统(thermal energy storage, TES)相互协调在提升系统运行经济性、风电上网率和降低系统碳排放方面的有效性。     

高温热管太阳能接收器的可靠性比较

接收器是碟式太阳能热发电系统的核心部件,为太阳能/电能的转换提供吸热传热功能。介绍了几种高温热管接收器的结构,针对高温太阳能热利用的特点,提出了高温热管太阳能接收器的可靠性评估模型,比较组合式高温热管接收器与典型高温热管接收器的可靠性和寿命。结果表明:在热管单体故障率相同的情况下,组合式高温热管接收器具有更高的可靠性,因此具有更长的使用寿命,可以适应碟式太阳能热发电系统的运行需求。     

塔式太阳能热发电技术经济特性分析

化石能源的大量使用引起了全球性的资源枯竭、环境污染与气候变化等问题,已对人类的生活和社会的发展造成了严重影响。太阳能作为最为重要的可再生能源类型,已经得到了足够重视并规模化发展。塔式太阳能热发电作为聚焦太阳能光热发电类型中主流的发电类型正在迅猛发展,其技术可行性和经济合理性已达到商业化水平,具有较好的发展前景。通过研究塔式太阳能热发电站技术经济特性,对塔式太阳能发电系统投资、效率等影响系统发展参数的主要因素进行了分析。通过分析我国太阳能产业现状与发展趋势,展望了塔式太阳能热发电在我国的发展前景。     

考虑机侧变流器复杂热载荷特性的寿命评估

风电机侧变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块运行时承受着复杂的多时间常数特性热载荷,是风电系统中最为薄弱的环节之一。然而现有研究更多是简单选取工作点数据或者仅考虑稳态工况以及无法考虑外部环境的长期随机变化。因此,本文建立了一种能够综合计及IGBT模块热载荷的复杂时间常数特性影响的寿命评估模型。分析了实际风电场中不同时间常数热载荷的寿命消耗特点,以及风速分布与寿命消耗之间的关系。研究了不同气温等效方法对寿命评估的影响规律,最后通过实验验证了该方法的准确性。结果表明,双馈风机中低频周期热载荷造成的寿命消耗更为严重,占到整体寿命消耗的64.42%。基频周期寿命消耗与风速概率密度具有严重的不对称性,超过60%的IGBT模块寿命主要消耗在低概率密度的高风速区间。气温等效方法对基频周期热载荷影响可以忽略不计,而忽略气温波动将导致低频周期寿命消耗评估结果减小12.26%。     

气温波动对风电变流器中功率器件寿命消耗的影响

风电变流器中功率器件承受的热载荷具有多时间尺度特性,具体可以划分为基频热载荷和低频热载荷,不同时间尺度的热载荷将导致不同的器件寿命消耗,因而需要分别进行评估。气温的随机波动会对热载荷产生影响,因此在进行器件寿命评估时应考虑气温因素。然而现有的寿命评估方法受限于结温计算方法,仅考虑风速的变化而忽略了气温波动对寿命消耗的影响。因此,基于结温数值计算方法,利用Bayer寿命模型,以Lauswersoog和Valkenburg两个风电场2015年的气温和风速数据为基础,评估了计及气温下功率器件的可靠性,分析了气温波动对寿命消耗的影响。结果表明,长期的气温波动会增加器件的寿命消耗,并且气温波动主要影响低频寿命消耗,而对基频寿命消耗基本没影响。     

环境影响下的直接空冷系统运行特性研究

环境变化会显著影响直接空冷机组的凝汽器压力,因此,研究直接空冷系统在环境影响下的运行特性,对保证直接空冷机组安全经济运行具有重要意义。通过理论分析,建立了空冷凝汽器温度和压力随汽轮机排汽热负荷、凝汽器迎风面风速以及进口空气温度变化的理论模型。以山西平朔煤矸石发电有限公司50MW机组直接空冷系统为例,通过数值计算,得到了环境气温、环境风速风向以及汽轮机排汽热负荷对凝汽器温度和压力的影响规律。结果表明:在凝汽器热负荷不变的情况下,环境气温越高,空冷凝汽器进口空气温度就越高,凝汽器压力就越高。环境风速越大,空冷器进口空气温度就越高,迎面风速就越小,从而凝汽器内冷凝温度和压力就越高。反之,凝汽器压力就越低。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

在“双碳”目标背景下,针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题,提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上,深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理,分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响,讨论了热电机组-储热联合系统运行机制,并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比,所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡,求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明,热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束,增加系统调峰容量,降低弃风量。     

考虑电网调峰的热电联产热负荷动态调度模型

我国北方地区有丰富的风光可再生资源,冬季热电联产机组为满足热负荷需求而限制了其调峰能力,在一定程度上造成了风光与热电的结构性矛盾。针对上述问题,提出以多个机组共同满足热负荷为前提,通过构建考虑电网调峰的热电机组群热负荷动态调度模型,实现对不同热电性能机组的调峰潜力挖掘。仿真算例表明,如果机组群内存在较为明显的热电关系个体差异,热负荷动态调度可以较为明显地提升机组群的整体调峰性能,有效增加风光清洁能源消纳。