聚光太阳能PV/T空气集热器能量和(火用)效率分析

文中建立了带有散热翅片的复合抛物面聚光太阳能PV/T空气集热器内部传热过程的一维稳态数学模型,对传热过程进行了数值模拟,对集热器热、电、(火用)和净电效率进行了计算.分析了空气质量流量、入射光强度、风速对集热器的空气温度及系统各效率的影响.结果表明:随着入射光强度的增加,空气进出口温差、热和(火用)效率是增大的,而电效率则有所降低.随着空气流量的增加,系统的净电效率和进出口温度差是降低的.通过计算可知集热器的(火用)效率在18%～11%,热效率可达65%,净电效率低于2%,并明显受空气质量流速的影响.     

基于甲醇化学链燃烧的新型燃气轮机间冷循环

本文提出一种新颖的甲醇化学链燃烧动力循环系统.该系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇和Fe2O3反应热,将间冷的低温热转换为高品位化学能;同时得到预冷的空气吸收燃烧产物Fe2O3的显热,降低了还原反应的温度.与常规化学链循环相比,该循环利用间冷的热量代替高温Fe2O3的显热提供还原反应的反应热,系统内能量品位匹配更加合理.根据图像(火用)分析方法,阐明了甲醇化学链燃烧过程(火用)损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以常规化学链循环为参照,研究了其性能.新循环的效率较高,同时可以实现CO2无能耗的分离.     

平板式与槽式聚光太阳能电池组件性能分析

对平板单晶硅太阳能电池板和槽式聚光太阳能热电联供(PV/T)系统进行实验对比,从系统热、电性能方面进行比较,并用"净现值"法对两套系统经济性进行分析.结果表明,槽式聚光PV/T系统的最大输出电功率是传统平板式PV系统的7～10倍,且通过回收电池的余热,全年可产热2929.433 MJ.在20年的寿命周期中,槽式聚光PV/T系统可获得更多盈余,能较早收回投资成本.用聚光装置进行太阳能发电,可有效提高太阳能的综合利用率,减少投资成本.     

结合ORC和ARC的中温余热回收系统

中温余热回收过程中传热温差大,系统(火用)效率较低,本文提出一种结合有机朗肯循环和单效吸收式制冷系统的中温烟气余热回收系统。利用热力学第一定律和第二定律对系统建立了数学模型,分析了新系统中有机朗肯循环蒸发温度、冷凝温度等参数对系统性能的影响。同时对系统各主要部件进行了(火用)分析,并与双效溴化锂吸收式制冷系统进行了比较,通过T-Q图分析了新系统及参考系统的换热过程。结果表明新系统的(火用)损失从139.19 kW降低到93.18 kW,(火用)损失减少机理在于换热温差降低。     

CPC聚光型太阳能PV/T系统性能实验

设计并制造了一种平面镜单元类复合抛物面聚光器(CPC)和内置平行流道式铝板集热器,将单晶硅太阳电池板粘贴于集热器上构成太阳能电热联用面板(PV/T),并将其置于聚光器支架上构成完整的聚光型PV/T系统。实验测试并研究其聚光特性和光电、光热转换性能。结果表明,PV/T的聚光使用虽然导致电效率下降,但总的电功输出提高了,同时获得了较高的集热效率。该系统太阳能的综合利用效率超过70%。     

基于双效自由活塞斯特林的变温泵热技术研究

热泵对于缓解我国北方冬季所面临的供暖压力,具有十分积极的作用。本文主要针对一种新型的双效自由活塞斯特林变温热泵技术展开研究。主要采用SAGE程序对整机系统进行了数值计算,探究变温泵热对于系统加热量、泵热量、制热系数、整机(火用)效率以及各关键部件(火用)损失等热力学参数的影响。计算结果表明,采用变温热泵模式时,由于斯特林热泵侧温差减小,其泵热量增加,因此系统总的泵热量以及制热系数增大,但对应的(火用)效率降低。因此,可以在满足热量匹配的情况下,适当降低热泵侧室温换热器温度对热负载流体进行逐级加热,从而提高双效自由活塞斯特林热泵系统的工作效率。     

非真空传输的高效交叉偏振滤波设计与产生

采用常规透镜设计了适用于非真空环境中交叉偏振波(XPW)产生的双透镜聚焦系统,在相对较短的距离实现了长焦透镜聚焦的效果,并测量了聚焦后的激光脉冲,发现其没有显著的非线性相位积累,保证了激光光束质量.在非真空中采用双BaF_2晶体得到了XPW系统转换效率22%,光谱1.78倍展宽的净化脉冲输出,双透镜组合聚焦形式使得双BaF_2晶体间距在13—22 cm内可保证20%以上的XPW转换效率,双晶体间距的调节冗余度提高了两个量级,极大地降低了双晶转换效率对晶体间距的依赖.这种正负透镜组合聚焦的光路设计在非真空中实现了高效稳定的XPW输出,为后续的放大应用提供了高对比度、宽光谱的高质量种子源.     

聚焦型太阳能集热器中腔体吸收器的热性能研究

本文对采用菲涅尔透镜一半圆式腔体吸收器的聚焦型太阳能集热装置进行了实验研究和理论分析计算.在相同天气情况下,针对具有不同形状玻璃盖层(半圆盖型YG,平板型PB,V型)和未加盖层(开口型KK)时的腔体吸收器在35～90℃温度范围内进行瞬时热效率测试得出热效率曲线,并且在室内测量了此温度范围内不同工况下的热损失.实验结果表明,半圆盖型(YG)吸收器热损失系数最小.本文还借助于CFD软件Fluent建立4种腔体模型,计算了腔体吸热面温度为90℃时的热损失,最后通过与实验结果的分析比较,发现计算值与实验值基本吻合(偏差小于10%).     

太阳能高温电解水蒸气制氢系统热力学分析

本文对太阳能高温电解水蒸气制氢系统进行了设计.该系统以太阳能为唯一的一次能源,采用太阳能分频技术,提供高温电解水蒸气制氢所需的电能和热能.此外,利用余热回收器回收电解产物的余热.热力学分析表明:(1)系统制氢效率可达34.8%;(2)太阳能聚光-分频热电联产装置是系统能量和(火用)损失最大的环节.提高电解温度和降低操作电压可减小电解环节的(火用)损失.     

(火积)理论在热功转换过程中的应用探讨

分析和讨论了(火积)理论在热功转换过程的应用及其局限性.对Carnot循环的分析表明,Carnot循环中系统的(火积)是平衡的,但(火积)和熵之间不存在dG=T2dS这样的联系.对于一般热力学过程,分析表明,在热量传递到内可逆循环中间接对外做功时,现有的(火积)理论可用于系统的分析.讨论了热功转换过程分析中(火积)理论与熵理论的不同.分析表明,两个理论的分析角度及优化输出功的前提条件是不同的.熵产从可用能损失的角度分析热功转换过程,而(火积)理论则从热量势能消耗的角度.当输入系统的可用能给定或者输入系统的热量及热量进、出系统的热力学力给定时,熵产最小化对应于输出功最大;对于(火积)理论,则当输入系统的热量及热量进、出系统的温度给定时,最大(火积)损失对应于最大输出功.同时,它们各自均有局限性.当相应的前提条件不满足时,最大(火积)损失或最小熵产可能不与最大输出功相对应.     

太阳能光伏-温差发电驱动的新型冰箱模型设计与热力学分析

结合太阳能电池温度特性和温差发电特点,设计了一套新的太阳能光伏发电-温差发电驱动的冰箱模型,该模型包括太阳能光伏电池、半导体温差发电模块、电源控制系统等.根据负载用电需求,做出了光伏发电系统的设计方案.采用热力学基本理论,对该模型进行了工作效率及 火 用 效率的分析.结果发现:能效比COP达到了2.73(一般 冰箱COP为2左右), 火 用 效率也达到42.5%.同时,该系统模型环境效益明显,可以减排CO₂ 1394.2 kg,SO₂     

用于分布能量系统的微型压缩空气蓄能(MCAES)系统性能计算与优化

压缩空气蓄能(CAES)电站是一种新型电能存储系统,具有动态响应快、经济性能高、环境污染小等优点,可起到负荷平衡、战略规划、提高供电质量的作用。但压缩空气蓄能电站往往远离负荷中心,需要一定的地质条件。而分布式能量系统则系统容量小,靠近负荷中心,具有较好的环境兼容性。采用小型或微型机组的小型甚至微型压缩空气蓄能(MCAES)系统则可以结合二者的优势。本文将通过用于分布式能量系统的微型压缩空气蓄能电站的进行设备的选型,并对不同工况下的MCAES系统进行相应的计算与分析,并在满足用户对电力需求情况下,进行工况组合且优化选择。     

低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统

本文探索并提出控制CO2分离的低温太阳热能与清洁合成燃料甲醇-三氧化二铁化学链燃烧相结合的新颖能源动力系统。基于图象(?)分析方法,明确地指出甲醇化学链燃烧能量释放过程燃烧堋损失减小和低温太阳热能品位提升的机理。从能源有效利用和环境相容出发,研究和揭示化学链燃烧与太阳能有机整合共同减小CO2分离能耗的特性规律。相比不分离常规联合循环,新系统(?)效率提高约6．2个百分点;与分离CO2的联合循环相比,新系统媚效率提高约14．2个百分点。同时,低温太阳热能热转功效率可达到22．5％。     

Performance and Exergy Analyses of a Solar Assisted Heat Pump with Seasonal Heat Storage and Grey Water Heat Recovery Unit

The main research objective of this paper was to compare exergy performance of three different heat pump (HP)-based systems and one natural gas (NG)-based system for the production of heating and cooling energy in a single-house dwelling. The study considered systems based on: 1. A NG and auxiliary cooling unit; 2. Solely HP, 3. HP with additional seasonal heat storage (SHS) and a solar thermal collector (STC); 4. HP with SHS, a STC and a grey water (GW) recovery unit. The assessment of exergy efficiencies for each case was based on the transient systems simulation program TRNSYS, which was used for the simulation of energy use for space heating and cooling of the building, sanitary hot water production, and the thermal response of the seasonal heat storage and solar thermal system. The results show that an enormous waste of exergy is observed by the system based on an NG boiler (with annual overall exergy efficiency of 0.11) in comparison to the most efficient systems, based on HP water–water with a seasonal heat storage and solar thermal collector with the efficiency of 0.47. The same system with an added GW unit exhibits lower water temperatures, resulting in the exergy efficiency of 0.43. The other three systems, based on air–, water–, and ground–water HPs, show significantly lower annual source water temperatures (10.9, 11.0, 11.0, respectively) compared to systems with SHS and SHS + GW, with temperatures of 28.8 and 19.3 K, respectively.     

两级透射-反射聚光分频电热联产系统设计和分析

在传统聚光条件下的太阳能光伏发电系统中,由于太阳光中存在所有波段的光子,而其中只有一部分能够被太阳电池用来发电,其余的部分进入太阳电池之后非但不会被用于发电,反而会变成热量使太阳电池升温,从而使电池光电转换效率下降．本文设计了一种聚光且具有分频功能的太阳能电热联产系统,利用线聚焦菲涅尔透镜和光谱选择性透过涂层改善太阳电池表面的入射光环境,在聚光的同时将不利于光伏发电的太阳光波段反射并加以收集利用．分析结果表明,与相同条件下传统的只进行聚光的光伏系统相比,两级透射一反射聚光分频电热联产系统具有更高的太阳能利用效率．     

太阳能光伏/光热化学利用系统

本文研究了一种基于光谱分频的太阳能光伏/光热化学耦合利用系统。在该系统中,全光谱的太阳能按照波长不同被区分利用。适合光伏电池利用的太阳能被分配给光伏电池进行光伏转换,其它波段的太阳能则转化为热能驱动甲醇裂解反应产生合成气。实验结果表明在太阳辐照强度为712.8 W/㎡,甲醇流量为2.7 kg/h时,系统效率达到31.18%。系统实现了低品位的太阳能向高品位的电能和化学能的转换,为研究太阳能的全光谱高效利用提供了新的思路。     

基于太阳能甲醇分解的冷热电联产系统

本文从太阳能与化石能源综合互补利用的思路出发,将中低温太阳能利用与冷热电联产系统有机结合,研究提出了一种太阳能甲醇分解冷热电联产系统.该联产系统能够提高现有太阳能系统在中低温范围内的能源利用效率,并能部分替代化石能源.(火用)分析表明,系统节能关键在于太阳能供热甲醇分解过程有效减少了燃烧过程能量损失.本文的研究可为太阳能系统的发展及化石能源的替代提供新的思路.     

中低温太阳能品位间接提升及系统集成

本文提出了中低温太阳热能品位间接提升的概念、方法和系统集成,其核心是热集成和热化学转换的有机结合。在所提出的太阳能和化石能源综合互补的化学回热循环系统(SOLRGT)中,中低温太阳热能首先提供蒸汽蒸发潜热从而转化为蒸汽内能;其次通过蒸汽参与重整反应进一步转化为合成气化学能,实现品位提升;最后得以在高效的燃气轮机系统中实现热功转换。由于太阳能的引入,燃气轮机透平排气余热回收部分的热匹配得到极大改善,并减少了化石能源消耗;同时,蒸汽产率的增加有助于增进系统化学回热和物理回热收益。系统中太阳能热转功净效率可达26.5%;和常规化学回热循环相比,化石能源节约率可达20%～30%,实现相应数量的CO_2减排,系统中实现了中低温太阳能的高效热功转换和与化石燃料的梯级互补。