（热能工程专业论文）太阳能中高温热利用直立式储热体传热性能研究.pdf

摘要 摘要 太阳能是一种资源丰富、洁净无污染的可再生能源，因此备受世界各国的关 注。我国科技部十一五以来大力支持自主发展聚光类太阳能热发电技术，但与国 外相比我国此项技术尚处于起步阶段。太阳能热发电虽然具有广阔的发展前景， 但太阳辐射强度具有显著的不稳定性和间歇性，为弥补这一不足，使之从辅助能 源最终变为一种使用方便可靠的清洁能源，储能问题的解决是关键的一环。国内 外相变储能方式在太阳能热发电的研究，还处于实验室阶段。 铝硅合金与其它金属相变储热材料相比，它具有相变温度适中、潜热大、传 热性能好、过冷度小，以及资源丰富和性价比较高的特点。对铝硅合金的研究目 前主要集中在材料热物性、容器相容性等方面，对铝硅合金及其储热体在太阳能 中高温热利用系统中储热、放热过程的研究则很少。 本文以探索铝硅合金储能材料在塔式太阳能热发电系统中的应用为目的，研 究了直立圆柱型铝硅合金储热体的传热性能。通过数值模拟和实验研究的方法， 研究储热体在充放热过程中的传热过程规律。建立了外圆周半边加热、周向加热 和中心管提热的垂直布置的圆柱型储热体模型，采用f l u e n t 6 3 软件，对铝硅合 金的相变储热及放热过程进行数值模拟。模拟了三种尺寸的圆柱体，各自在两种 热流密度1 0 0 和2 0 0 k w m 2 下进行半边加热和中心管提热，和5 0 和l o o k w m 2 下进 行周向加热，分析并总结铝硅合金固一液相变界面的移动及其温度变化规律。模 拟结果表明，在储热过程中储热体全部熔化所需的最高温度不超过9 2 0 k ；放热 过程中储热体全部凝固时所能提供的最低供热温度在5 0 0 k 以上。通过周向加热 实验，得到铝硅合金在实际加热过程的温度变化规律，并与模拟结果进行对比。 通过管内对流实验，得到中心管提热过程中提热介质的温度变化规律，得到换热 准则式，并得到铝硅合金的温度变化规律。 关键词：塔式太阳能热发电；铝硅合金；储热；放热；传热性能 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t s o l a re n e r g yi sar i c hi nr e s o u r c e ，c l e a n , n o n - p o l l u t i n g ，r e n e w a b l ee n e r g y , a n d t h e r e f o r ea t t r a c tt h ea t t e n t i o no fm a n yc o u n t r y si n t h ew o r l d s i n c et h ee l e v e n t h f i v e - y e a r , t h ei n d e p e n d e n td e v e l o p m e n to fc o n d e n s e rs o l a rt h e r m a lp o w e rt e c h n o l o g y h a sb e e ns t r o n gs u p p o r t e db yc h i n a sm i n i s t r yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , b u t c o m p a r e dt ot h ec o u n t r ya b r o a d ，t h i st e c h n o l o g yi n0 1 1 1 c o u n t r yi s s t i l li ni t si n f a n c y s o l a rt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o nh a sb r o a dp r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n t ，b u tt h ei n t e n s i t y o fs o l a rr a d i a t i o ni si n s t a b i l i t ya n di n t e r m i t t e n t ，t oc o m p e n s a t ef o rt h i sd e f i c i e n c y , e n e r g ys t o r a g ei s ak e yr i n gt os o l v et h ep r o b l e m ，s ot h a te v e n t u a l l yb e c o m ea c o n v e n i e n ta n dr e l i a b l ec l e a ne n e r g yf r o mt h ea u x i l i a r ye n e r g y t h es t u d yo fp h a s e c h a n g ee n e r g ys t o r a g ei ns o l a rt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o n ，a th o m ea n da b r o a d ，s t i l li n t h el a b o r a t o r ys t a g e 舢- s ia l l o y sc o m p a r e d 、柝mo t h e rm e t a l sp h a s ec h a n g et h e r m a ls t o r a g e m a t e r i a l s ，t h ep h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei sm o d e r a t e ，t h el a t e n th e a ti sl a r g e ，h e a t t r a n s f e rp e r f o r m a n c ei sg o o d ，t h eu n d e r c o o l i n gi ss m a l l ，a n di sr i c hi nr e s o u r c e sa n d l l i g l l c o s tp e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c s t h er e s e a r c ho fa i - s ia l l o yi sm a i n l y c o n c e n t r a t e di nt h et h e r m a lp r o p e r t i e s ，c o n t a i n e rc o m p a t i b i l i t y , b u tl i t t l ei n t h e r e s e a r c ho fa i s ia l l o ya n di t sh e a ts t o r a g eb o d yi nt h es o l a rh i g h t e m p e r a t u r eh e a t t h e r m a ls t o r a g es y s t e m ，i nt h ec h a r g i n ga n dd i s c h a r g i n gp r o c e s s t h i sp a p e rf o rt h ep u r p o s eo ft h ea p p l i c a t i o no fa 1 - s ia l l o ye n e r g ys t o r a g em a t e r i a l i nt h et o w e rs o l a rt h e r m a lp o w e rs y s t e m ，r e s e a r c h e dt h eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo f t h e c y l i n d r i c a l t h e r m a ls t o r a g eu n i ti nv e r t i c a lw i t hp c m m o u g hn u m e r i c a l s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hm e t h o d st os t u d yt h eh e a tt r a n s f e rp r o c e s so f l a wo ft h e r m a ls t o r a g ep r o c e s si nc h a r g i n ga n dd i s c h a r g i n gp r o c e s s am o d e lo f c y l i n d r i c a l t h e r m a ls t o r a g eu n i ti nv e r t i c a lw a se s t a b l i s h e da n ds i m u l a t e du s i n g f l u e n t 6 3 ，w h i c hw a sh e a t e db yt h eo u th a l fc i r c u m f e r e n c ei nt h ec h a r g i n gp r o c e s s a n dc o o l e db yt h ec e n t r a lm b ei nt h ed i s c h a r g i n gp r o c e s s 3c y l i n d e rs t r u c t u r e sw e r e c h o s e nt os i m u l a t e ，e a c ho ft h e mw a sh e a t e do nt h eh a l fc i r c u m f e r e n c ea n dc o o l e db y a b s t r a c t i 置置詈昌詈詈詈暑詈詈詈詈暑喜_ _ _ 量冒一 t h e c e n t r a lt u b eu n d e rh e a tf l u xo f10 0 a n d2 0 0 k w m z ，a n dh e a t e do na l l c i r c u m f e r e n c eu n d e rh e a tf l u xo f 5 0a n dlo o k w m 2 t h em o v e m e n to fp h a s ec h a n g e i n t e r f a c ea n dt h et e m p e r a t u r ec h a n g eo fa 1 - s ia l l o yw e r ea n a l y z e dw i t l lt h e t e m p e r a t u r ec o n t o u r t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h et e m p e r a t u r eo fa l - s ia l l o yi s s t a b l ea r o u n d8 5 0 ki nt h em o s tt i m eo fw h o l ep r o c e s s ，a n dt h eh i g h e s tt e m p e r a t u r ei s n om o r et h a n9 2 0 kd u r i n gh e a tc h a r g i n gp r o c e s s ，w h i l et h el o w e s tt e m p e r a t u r ei s a b o v e5 0 0 ki nh e a td i s c h a r g i n gp r o c e s s g e tt h el a wo fh e a tt r a n s f e rp r o c e s s ，b y a n a l y z i n gt h et e m p e r a t u r ev a r i a t i o no ft h eh e a ts t o r a g eb o d y , a n dm e l t i n g a r e a v a r i a t i o n t h r o u g ht h eh e a t i n ge x p e r i m e n t s ，g e tt h et e m p e r a t u r ec h a n g el a wo ft h e a l s ia l l o yi nt h ea c t u a lh e a t i n gp r o c e s s ，a n dc o m p a r e dw i t l lt h es i m u l a t i o nr e s u l t s t h r o u g hh e a tt r a n s f e re x p e r i m e n t si nt u b e ，o b t a i n e dh e a tt r a n s f e rr u l e s ，r a n g e dt h e e x p e r i m e n tt e m p e r a t u r e ，a n df i t t e dt h eh e a tt r a n s f e rc r i t e r i o nc o r r e l a t i o n k e yw o r d s ：s o l a rp o w e rt o w e rt h e r m a lg e n e r a t i o n ；a i - s ia l l o y ；t h e r m a ls t o r a g e ； t h e r m a lr e l e a s e ；h e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e i ! i c o n t e n t s l i 置置墨皇詈詈昌量量量_ c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) c o n t e n t s ( c h i n e s e ) i v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1e x o r d i u m 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2t h ed e v e l o p m e n ti nt h ew o r l da n da n a l y s i s 2 1 2 1c u r r e n td e v e l o p m e n to fs o l a rp o w e r 2 1 2 2c o n c e n t r a t e ds o l a rp o w e r g e n e r a t i o ns y s t e m 。3 1 2 3s o l a rt o w e rp o w e rp l a n th a v eb e e nb u i l ta ta b r o a d 5 l ：2 4d e v e l o p m e n to fh e a tr e c e i v e r 8 1 2 5t h e r m a le n e r g ys t o r a g em e t h o d 12 1 2 6a n a l y s i so f h e a tt r a n s f e rp r o c e s s 、) i ，i t hp h a s ec h a n g e 14 1 3r e s e a r c hc o n t e n t sa n ds o u r c eo ft h ep a p e r 18 1 4s u m m a r yo fc h a p t e rl 19 c h a p t e r 2n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni nc h a r g i n ga n dd i s c h a r g i n gp r o c e s s 2 0 2 1 c y l i n d e rh e a tr e c e i v e r 2 0 2 2n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f c h a r g i n g d i s c h a r g i n gp r o c e s s 2 1 2 2 1s t r u c t u r eo f t h e r m a le n e r g ys t o r a g eu n i t 2 1 2 2 2n u m e r i c a ls i m p l i f i c a t i o no f h e a ts t o r a g eb o d y 2 1 2 2 3n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f t h e r m a ls t o r a g ep r o c e s s 2 1 2 2 4a n a l y s i so f t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s 2 4 2 3n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f h e a t i n go nt h eh a l f c i r c u m f e r e n c ep r o c e s s 。2 4 2 3 1n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 2 4 2 3 2t h en u m e r i c a lr e s u l t 2 5 2 3 3a n a l y s i so f t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t 3 0 2 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f h e a t i n go na l lc i r c u m f e r e n c ep r o c e s s 3 4 2 4 1n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 3 4 v l l 广东工业大学硕士学位论文 2 4 2t h en u m e r i c a lr e s u l t 3 4 2 4 3a n a l y s i so ft h ec a l c u l a t i o nr e s u l t 3 7 2 5n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fd i s c h a r g i n gp r o c e s s 4 0 2 5 1n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fc o o l i n gb yt h ec e n t r a lt u b e 4 0 2 5 2t h en u m c r i c a lr e s u l t 4 1 2 5 3a n a l y s i so f t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t 4 5 2 6s u m m a r yo fc h a p t e r2 4 8 c h a p t e r3e x p e r i m e n to fh e a tc h a r g i n gp r o c e s s 5 0 3 1d e s i g no f h e a tc h a r g i n ge x p e r i m e n t 5 0 3 2h e a tc h a r g i n ge x p e r i m e n t 5 1 3 2 1h e a ts t o r a g eb o d y 5 1 3 2 2e x p e r i m e n ti n s t a l l a t i o n 5 1 3 2 3t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s 5 3 3 3s u m m a r yo fc h a p t e r3 5 4 c h a p t e r4e x p e r i m e n to fh e a td i s c h a r g i n gp r o c e s s 5 6 4 1d e s i g no f h e a td i s c h a r g i n ge x p e r i m e n ti n s t a l l a t i o n 5 6 4 1h e a tc h a r g i n ge x p e r i m e n t 5 7 4 1 1t u b u l a rr e s i s t a n c ef u r n a c e 5 7 4 1 2m e d i ag e n e r a t o re q u i p m e n t 5 8 4 2h e a td i s c h a r g eo nt h ec e n t r a lt u b e 5 8 4 2 1e x p e r i m e n to fh e a td i s c h a r g i n gp r o c e s s 5 8 4 2 2t h ee x p e r i m e n tr e s u l t 6 0 4 3a n a l y s i so f t h ee x p e r i m e n tr e s u l t 6 1 4 3 1t e m p e r a t u r eo f t h eh e a tt r a n s f e rf l u i d 6 1 4 3 2t e m p e r a t u r eo f a l s ia l l o y 6 5 4 4s u m m a r yo fc h a p t e r4 6 6 c o n c l u s i o na n dp e r s p e c t i v e 6 8 r e f e r e n c e s 7 0 p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gs t u d yf o rm a s t e rd e g r e e 7 6 o r i g i n a lc r e a t i o na n n o u n c e m e n t 7 7 v i i i c o n 下e n t s a c k n o w l e d g e m e n t 7 8 i x 第一幸绪论 1 1 背景和意义 第一章绪论 人类的生存和发展离不开能源的供应，特别是从工业时代开始，人类对能源 的需求不断增大。现在广泛使用的能源主要是化石燃料，而化石能源的储存是有 限的，随着化石燃料的不断消耗，和剩余能源开采难度的不断增大，能源短缺成 为广泛关注的问题。同时，传统能源的使用也带来了一系列的环境问题，大气污 染和生态破坏，已经越来越受到各国的关注。对可再生和清洁能源的使用成为各 国普遍关注的课题。太阳能资源具有资源丰富、可再生和清洁不污染的特点，具 有广阔的发展前景。对太阳能的利用世界各国都进行了大量的研究工作。太阳能 发电是使用太阳能进行发电的一项技术，太阳能发电的方式主要包括太阳能光伏 发电和太阳能热发电。聚光类太阳能发电系统是一种将太阳光聚焦后加热介质， 来进行发电的高新技术。聚光类太阳能热发电从上世纪七十年代开始有多个国家 对其研究，并投入建成了一系列的太阳能发电站。我国科技部从十一五开始大力 支持发展聚光类太阳能发电，随着国家投入不断加大，已有多家研究机构开展了 此项研究u 卅。 虽然太阳能资源具有很多优点和良好的发展前景，但太阳能资源也具有自身 的缺陷，如分布的不稳定性和间歇性。针对这些问题，如何使太阳能发电系统稳 定运行而不受到这些缺陷的影响，成为亟待解决的问题，而解决这些问题的关键 就是储热环节，以使得太阳能发电系统在太阳辐射不稳定和缺少太阳辐射时继续 稳定运行。储能环节的主要作用就是调节负荷、降低容量和降低成本，以提高太 阳辐射和太阳能发电设备的利用效率，进而提高其可靠性和经济性。 储能环节的研究主要有一下两个方面的问题：一是相变材料的研究，主要是 材料的物理性质和其与容器的相容性及材料的稳定性和寿命等。二是对材料热物 理性能的研究，包括材料的相变传热性质的研究，蓄热器的设计，材料导热能力 提高的方法，储热体传热强化，运行工况的控制方法等。本文主要研究储热体的 传热性能，是储热技术中热物理问题的一个重要方面。 广东工业大学硕士学位论文 虽然储热环节在聚光类太阳能发电系统中占据重要的地位，但由于技术水平 的限制，储能环节是现今太阳能利用过程的薄弱环节。储能方式主要包括：显热 储能、化学反应储能和潜热储能。利用显热储能材料对太阳能进行储存的技术已 经比较成熟，具有一定的实用价值。而对潜热储存的研究主要是新材料和新工艺 的开发等。使用较多的显热储能材料主要有熔盐、陶瓷材料、油和岩石等，美国、 法国等在显热储能研究方面都取得了一定的成果。而金属相变储能是一种具有很 高的导热系数、较大的储能密度、较好的热稳定性和较长的使用寿命等优点，是 理想的太阳能高温储热材料。金属相变储能现有的研究主要集中于铝基合金相变 储热材料的相变机理、相变潜热等方面的研究工作，金属相变材料已有一定的研 究，而其热物理问题的研究相对较少1 。铝硅合金相变材料，由于熔点适中 ( 8 5 2 k ) 、导热系数高、相变潜热大以及相对价廉，成为金属相变材料储能的主 要储能材料。 本文所研究的储热体，选用铝硅合金作为储热材料。应用在聚光类太阳能热 发电系统尤其是塔式太阳能热发电等太阳能的中、高温的热利用系统中。由于塔 式太阳能发电系统储热体结构为直立式结构，故此处选用直立式结构。研究储热 体尺寸和加热提热过程中的热流密度对传热性能的影响，对此种结构储热设备的 设计和运行都有一定的参考价值，并在提高系统的工作效率和降低成本方面有一 定促进作用。 本文的研究涉及到的问题主要有：太阳能发电，特别是聚光类太阳能发电系 统；进而是塔式太阳能发电系统，特别是其吸热器系统；蓄热过程和传热过程分 析的方法，以下对这些方面在国内外的发展现状进行简要介绍和分析。 1 2 国内外发展现状及分析 1 2 1 太阳能发电的发展现状 太阳能热发电系统图如图1 - 1 所示，太阳辐射通过聚光系统的汇聚作用，集中 与吸热器表面，吸热器内部为提热介质，介质被加热后一部分进入电力转换系统， 直接用于发电，另一部分进入储热系统，储存起来。其中电力转换系统可以是传 统的汽轮机发电系统或燃气轮机发电设备，同时由于太阳能的分布特性，也可以 使用斯特林机进行发电。随着技术的更加成熟和规模的不断扩大，预澳9 2 0 1 5 年左 2 第一章绪论 右( 见图1 - 2 ) ，太阳能热发电的成本将降低到5 美分k w h 以下，达到使用常规能源 进行发电的成本水平。 图1 1 太阳能热发电系统原理图 f i g 1 1s c h e m a t i co fs o l a rt h e r m a le l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 图1 2 太阳能热发电成本预测 f i g 1 2f o r e c a s to ft h ec o s to fs o l a rt h e r m a le l e c t r i cg e n e r a t i o n 1 2 2 聚光类太阳能发电系统 聚光型太阳能热发电技术根据其聚光方式的不同主要可以分为：蝶式、槽式 和塔式，如图卜3 所示。 图1 3 三种太阳能热发电系统 f i g 1 3t h r e ek i n d so fs o l a rt h e r m a le l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 1 2 2 1 槽式太阳能热发电系统 抛物槽式太阳能热发电系统的聚光方式为使用槽式的抛物面形反光镜将太阳 广东工业大学硕士学位论文 光聚焦于焦线上的管状的集热器表面上，来吸收太阳辐射能。在槽式太阳能发电 站，将大量的槽式经常串并联在一起，发电系统包括聚光集热装置、蓄热装置、 热机发电装置和辅助能源装置等，如图1 - 4 和1 - 5 所示。 ml 一4 槽式太阳能热发电系统n 2 1 f i g 1 4s o l a rp a r a b o l i ct h r o u g hp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m s 图1 - 5 槽式抛物面太阳能聚焦集热器结构示意图 f i g i - 5s o l a rp a r a b o l i ct r o u g hc o n c e n t r a t o rd i a g r a m 1 2 2 2 碟式太阳能热发电系统 蝶式太阳能热发电系统包括单碟式和多碟式，利用双轴跟踪旋转抛物面反射 镜，将太阳辐射聚集在吸热器吸上，将太阳辐射能转换成热能，加热工质以驱动 热机发电，如图卜6 所示。 图1 喝典型碟式太阳能热发电系统示意图n 妇 f i g 1 _ 6t y p i c a ld i s hs o l a rt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e md i a g r a m 4 第一章绪论 1 2 2 3 塔式太阳能热发电系统 塔式太阳热发电系统也叫做集中型太阳能热发电系统，它是利用定日镜场将 太阳光聚焦在场中心吸热塔上的吸热器表面，加热吸热器内部吸热介质，从而将 辐射能转变成热能，热能进而又传递给循环工质，再驱动热力发电装置，最终将 太阳辐射能转换为电能。塔式太阳热发电系统通常可达到3 0 0 1 5 0 0 的聚光比，运 行温度可达1 0 0 0 1 5 0 0 ，如图i - 7 所示，为法国t h e m i s 电站系统图。 图i 一7 典型塔式太阳热发电系统n 2 ， f i g i - 7t y p i c a ls o l a rt o w e rt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 如图i - 8 为塔式太阳能场能量转化与传递过程，吸热器在高塔的顶端，定日镜 场呈圆周状分布，位于高塔周围，由于经常的作用太阳光精确地聚焦到高塔顶部 的吸热器上，将吸热器中的传热介质加热至5 0 0 c 以上，然后存入高温储罐。 _ 卜一芒 l 上 ，h 图1 - 8 塔式太阳能发电中太阳能场能量转化与传递过程 f i g i - 8c o n v e r s i o na n dt r a n s f e rp r o c e s so f s o l a re n e r g yi n s o l a rt o w e rp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 1 2 3 已建成的塔式太阳能热发电站 从上个世纪八十年代开始，塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展，一批塔 式太阳能试验电站先后投入试运行。通过大量的实验和运行的数据，可以看到塔 式太阳能热发电在技术上是可行的，且具有一定的商业前景n 射。 原苏联早在1 9 5 0 年就建成了世界上第一座太阳能塔式热发电站。据不完全统 广东工业大学硕士学位论文 计，从1 9 8 1 至u 1 9 9 6 年的1 5 年间，全世界建造了装机容量5 0 0 k w 以上的各种不同形式 的太阳能热发电实验站超过2 0 余座，其中主要是塔式电站，表1 - 1 歹i j 举了这一阶段 的一些主要的塔式太阳能发电项目。 表1 1 塔式太阳能热发电示范项目n 钔 t a b l e l 一1s o l a rp o w e rt o w e rt h e r m a lg e n e r a t i o np r o j e c t s 在表卜l 中，s o l a ro n e 是第一个l o 姗e 的塔式太阳能电站，1 9 8 2 年在美国建成。 s o l a rt w o 是为促进塔式熔盐太阳能热发电技术的发展，在s o l a ro n e 的基础上加 以改进建成的，采用了熔盐为传热工质。e u r c l l o s 建在意大利，额定输出i m w e ， 于1 9 8 1 年并网发电。c e s a 一1 电站于1 9 8 3 年到1 9 8 4 年间在西班牙建成，额定输出 l 胂e 。s s p s 为位于西班牙的小型太阳能发电系统，额定输出0 5 姗e ，于1 9 8 2 年开 始运行。t h e m i s 电站在法国，额定输出2 5 j v f f e ，该电站于1 9 8 3 年到1 9 8 6 年成功运 行。m s e e c a t b 建在美国，额定输出功率7 5 0 k w e ，它在1 9 8 4 年到1 9 8 5 年间运行。 s o l g a s ，c o l o ns o l a r 发电试验装置建立在西班牙的e n t i s ah u e l v a ，集热器 6 第一章绪论 的功率为2 0 m w t ，目的是试验太阳能燃气联合循环( i s c c ) 方式。p s i o 发电厂建在西 班牙的s e v i l l e ，额定输出1 1 m w e ，于2 0 0 6 年发电，如图卜9 。 图1 9 西班牙p s i o 塔式电站1 f i g 1 - 9p s ios o l a rt o w e rp o w e rs y s t e mi ns p a i n 2 0 0 9 年a b e n g o a 能源公司在西班牙的安达卢西亚( a n d a l u c i a n ) 沙漠中建造的 塔式太阳能电站，如图卜1 0 ，功率：2 0 ( m 1 j i ) 兆瓦。 图1 1 0 西班牙安达卢西亚塔式电站副 f i g 1 10s o l a rt o w e rp o w e rs y s t e mi na n d a l u c i a ns p a i n 而亚洲第一个塔式光热发电站于2 0 1 0 年8 月在北京延庆建成。该电站的发电设 施占地约2 0 0 亩，塔高1 0 0 米。 最近，以色列w e i z m a n m 科学研究所正在对塔式系统进行改进。利用一组独立 跟踪太阳的定日镜，将阳光反射到固定在塔的项部的初级反射镜上，然后再将阳 光向下反射到位于它下面的次级反射镜，最后将阳光聚集在其底部的接收器上。 但虽然塔式热发电系统可以实现1 0 0 0 度的聚焦高温，但一直面临着单位装机 容量投资过大的问题( 目前塔式系统的初次投资成本为3 4 4 8 万元k w ) ，而且造 价降低非常困难，所以塔式系统五十多年来始终停留在示范阶段而没有推广开来。 广东工业大学硕士学位论文 1 2 4 塔式太阳能热发电系统中吸热器系统发展现状 太阳能高温吸热器是太阳能热发电系统中将太阳能转换为热能的部分，在整 个太阳能热利用过程中起着关键性的作用。典型的塔式太阳能热发电系统投射到 塔顶吸热器的平均热流密度达3 0 0 一1 0 0 0 k w m 2 ，工作温度可高达1 0 0 0 0 c 以上，电站 规模可达2 0 0 m w 以上。根据吸热和提热介质种类的不同主要可以分为熔盐系统、空 气系统和饱和蒸汽系统n6 j 。 1 2 4 1 熔盐吸热器 吸热器种类按结构可以分为腔体式和柱体式两种。美国，西班牙和法国等国 在熔融盐吸热器技术方面的研究起步较早，美国m s e e 电站和法国t h e m i s 电站采用 的是腔体式结构，而美国s o l a rt w o 电站与西班牙s o l a rt r e s 电站则采用的是柱体 式吸热器结构。 m s e e ( m o l t e ns a l te l e c t r i ce x p e r i m e n t ，又称c a t e g o r yb ) 由美国能源 部( d o e ) 主持建设的，也是第二个采用熔融盐作为传热和储热介质的大型太阳能 热发电试验项目n 7 j8 1 。腔体式熔融盐吸热器在高塔的顶端，呈“q ”型( 见图1 - 11 ) 。 图1 - 11m s e e 熔融盐吸热器示意及吸热器管板 f i g 1 - 1lm s e em o l t e ns a l tr e c e i v e ra n dh e a t - a b s o r b i n gt u b es h e e td i a g r a m 法国t h e m i s 由法国国家电力部( e d f ) 、国家科学研究中心( c n r s ) 和法国太 阳能机构( c n e s o l ) 资助于上世纪八十年代建成n9 l ，为9 m w t 腔式熔融盐吸热器， 其额定发电功率为2 5 1 v f f ( 见图卜1 2 ) 。 囤 一黧 第一章绪论 一 一 图1 12t h e m i s 电站及其腔式熔融盐吸热器 f i g 1 - 12t h e m i sa n dm o l t e ns a l tc a v i t yr e c e i v e r 美国s o l a rt w o 是在s o l a ro n e 电站试验运行的基础上建立的，为4 2 m 1 j i t 柱体式 熔融盐吸热器，发电量为l o m w e 啪1 ，见图卜1 3 至卜1 4 。 t 柙t 棚 湖， _ +、一， 矿弘蚣4 忒、：、 - “募 ”兽! 寸出 。形 、姆俺 ：。1 = 翟 ”l m n 图1 - 1 3s o l a rt w o 熔融盐吸热器吸热单元连接示意图 f i g 1 13s o l a rt w om o l t e ns a l tr e c e i v e rh e a tp i p eu n i tc o n n e c t i o nd i a g r a m 图1 - 1 4s o l a r t w o 吸热器 f i g 1 1 4s o l a rt w o r e c e i v e r 西班牙s o l a rt r e s f l j 西班牙、法国、德国及美国合作，为1 2 0 m w t 柱体式熔融 盐吸热器，其发电规模1 7 m w e ，也是在西班牙建设的第一座投入商业化运行的熔融 盐塔式太阳能热发电站乜引，吸热器的柱体式结构见1 羽1 - 1 5 。 9 广东工业大学硕士学位论文 图1 - 1 5s o l a rt r e s 熔融盐吸热器吸热单元模型与吸热器模型 f i g 1 15s o l a rt r e sm o l t e ns a l t