太阳能热化学与燃料电池联合的发电系统

本文提出了一种新型的太阳能与燃料热化学互补的发电系统,集成了太阳能热化学燃料转化过程与固体氧化物燃料电池(SOFC)单元。200～300℃中低温太阳能驱动甲醇热分解反应,将太阳能转化为富氢燃料(H₂、CO)的化学能,产生的太阳能燃料用于驱动SOFC燃料电池进行发电,实现了太阳能及甲醇燃料的高效发电利用。同时,采用微型燃气轮机(MGT)对SOFC余热及未反应燃料进行回收,实现动力余热的高效梯级利用,进一步提升了系统的发电效率及能源利用率。设计工况下,系统发电效率达到58.24%,太阳能净发电效率为41.1%。该研究为太阳能和清洁燃料的高效利用提供了新途径。     

太阳能辅助燃煤发电系统蓄热运行策略优化

太阳能辅助燃煤发电已经被证明是一种有效利用太阳能的发电方式。与纯太阳能光热发电系统不同,太阳能辅助燃煤互补发电系统(下简称互补发电系统)中采用不同的蓄热运行策略将对互补系统的性能产生显著影响。本文针对槽式互补发电系统,建立了槽式太阳能集热场以及互补系统的数学模型,采用了真实的气象数据进行仿真模拟,研究分析了互补发电系统的年性能,得出了不同太阳能倍数、蓄热小时数对互补系统的太阳能发电成本LCOE的影响规律,并据此优化蓄热运行策略。其结果表明:三种策略中,削峰填谷策略是最适合互补发电系统的运行策略,在0.5蓄热小时数、1.2太阳能倍数下,其太阳能发电成本取得极小值,为0.064$/kWh。     

新型太阳能电池——染料敏化太阳能电池研制进展

能源问题是当今世界各国共同面临的严重问题;寻求低污染、可持续使用绿色能源是世界各国科学家共同关注的问题.太阳能不仅是地球几十亿年来,推动自然界种种演化的基本动力,也是当今人类实现可持续发展最可靠的能源,但是长期以来人们仅仅靠太阳自然照射状态下,通过植物吸收、风云雨雪变化利用太阳能,物理学的发展,尤其是半导体材料的创造,开创了人类用科技手段进行太阳能发电的道路.     

太阳能热利用技术概况

太阳能是理想的可再生能源.太阳能热利用技术目前还处于发展时期.文章对太阳能热利用成熟技术、先进技术以及当前研究的中心问题进行了简要的概述.成熟技术部分主要包括热水器、太阳灶、太阳房等广为人们使用的太阳能热利用技术;先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术,包括太阳能热发电、太阳能空调制冷、太阳能制氢、太阳能海水淡化及太阳能烟囱发电等;在当前研究的中心问题部分,主要论述了解决太阳能热利用的关键技术问题.     

聚焦太阳光发电

在很早的时候,人们就知道凸透镜或凹面镜可以聚集太阳光,聚集起来的阳光强度很大,甚至可以点燃柴禾。到了现在,人们开始利用太阳能发电了,但是太阳能发电量低一直是困扰人们的大问题。近年来,一些国家的科学家开始尝试用凸透镜或凹面镜聚集阳光的方法,使得太阳能的利用更集中一些,发电的功率更大一些。     

基于LR305的平面荧光太阳能聚光波导研制

光伏发电是目前太阳能最佳的利用方式之一,但发电成本高。利用聚光结构提高光的转换和收集效率,是提高太阳能电池效率、减少电池用量、降低光伏发电系统成本的重要途径。以Lumogen F Red 305 (LR305) 染料作为荧光材料,将其掺杂到PMMA中,通过本体聚合法制作出尺寸为50 mm×50 mm×5 mm的PMMA平面荧光太阳能聚光波导,对其光学特性进行表征,同时将太阳能电池粘贴到聚光波导的输出端面,通过测试平面荧光太阳聚光波导对太阳能电池性能的影响研究了荧光太阳能聚光波导的聚光特性。     

聚光光伏与甲醇重整热化学互补发电系统性能研究

本文提出了太阳能光伏电池与甲醇中低温重整反应相结合的发电系统;通过太阳能的梯级利用以及物理能与化学能之间的品位耦合,太阳能净发电效率较单一光伏或甲醇热化学发电方式获得显著提升。热力学分析表明,在100~250℃C的系统运行温度范围内,系统的理论太阳能净发电效率达43.6%~44.3%(已考虑光学损失),显著高于光伏系统(22.5%)及热化学系统(32.7%)。系统约50%的太阳净发电量来自甲醇重整产物氢气,以化学能形式实现了太阳能的高效储能,且光伏、热化学发电随温度变化的相反趋势间互补达到了稳定输出的效果。此外,系统产生的电能中约25%来自太阳能,高于单一太阳能甲醇热化学发电系统的14%,对化石能源的依赖度降低。光伏与热化学互补发电为太阳能高效综合利用提供了新的思路。     

发电方式知多少

传统的发电方式主要有火力发电、水力发电、核电等．近年来，环境问题受到高度重视，从可持续发展考虑，新能源利用越来越显示出优越性，随之新能源发电也应运而生，其中包括地热发电、太阳能发电、风力发电、海洋能发电、生物质能发电等．本文就几种常见发电方式做以归纳介绍，以供参考。     

太阳能热化学互补发电系统的变辐照性能研究

本文基于10 kW中低温太阳能与甲醇热化学互补发电实验平台,采用不同太阳辐照强度与吸收反应器内甲醇裂解反应、甲醇重整反应两种化学反应的有机集成,提出了一种新颖的变辐照与不同化学反应相匹配的主动调控新方法,针对不同典型日太阳辐照强度偏离设计值,探讨了热化学互补发电系统变辐照工况的特性规律。研究结果表明,在中低温太阳能热化学互补发电系统中,与采用单一的太阳能驱动甲醇裂解反应相比,本文提出的主动调控方法使互补系统的日均太阳能净发电效率从30%提高到36%,更接近设计工况,有效提高了甲醇燃料化学能的梯级利用程度。该方法为减小单位镜场面积、提高太阳能年均净发电效率提供了有效途径。     

太阳能分频利用电热联产初步研究

本文对太阳能聚光分频利用电热联产的机理进行了探讨,给出了太阳能光谱有效能函数以及太阳能聚光分频利用电热联产的设计方案,并对该系统进行了热力性能分析,发电投资和成本比较.结果表明,对30倍聚光分频的光伏/光热系统,光伏发电效率约0.095,250～280℃热量利用效率0.14,折算为电的总发电效率为0.139;与普通光伏发电系统相比,单位面积硅光电池发电功率提高约16倍,投资成本仅0.33倍,每千瓦时的发电上网成本可从3.52元降到0.84元,考虑税收后的上网成本将从5.1元降到1.18元.     

一种新型太阳能与生物质能互补发电系统

提出了一种CO_2近零排放的太阳能与生物质能互补发电系统,采用槽式太阳能集热与生物质能补燃有机结合的方式,工质水首先经过油水换热器,通过导热油间接吸收太阳能转变为370℃蒸汽,再通过生物质补燃转变为535℃蒸汽后进入蒸汽轮机组膨胀作功。模拟并分析了两种典型方案的热力学性能,设计工况下方案一系统出功为135.07 MW,发电效率为30.93%,方案二系统出功为152.03 MW,发电效率为29.59%。新系统有效解决了槽式太阳能单独热发电热效率低和生物质单独发电电站规模小的问题,为太阳能和生物质能的高效利用提供了一种新方法。     

太阳能燃气轮机与卡林那循环联合的热发电系统

本文提出了一种带间冷回热的太阳能燃气轮机与卡林那循环组成的联合循环发电系统,对其热力性能进行了分析,并研究了关键运行参数对热力性能影响。塔式太阳能接收器将经过间冷压缩的压缩空气加热至1000℃用以驱动燃气轮机做功。卡林那循环用以回收燃气余热发电。基于蔡睿贤的比较法,推导出了该系统太阳能热发电效率的简明解析式。结果表明,当燃气轮机入口温度为1000℃时,该系统的(火用)效率和太阳能热发电效率分别可达到29%和27.5%,比太阳能燃气-蒸汽联合循环分别高1.8%和1.6%。该系统的提出,为提高太阳能热发电系统的太阳能热发电效率提供了一种方法,并且对太阳能热发电耗水大的问题提供了一个解决途径。     

太阳能光伏热水系统的能量梯级利用

为了实现太阳能光伏发电系统中用于冷却太阳能电池的低品位热能利用,本文提出了太阳能光伏热水系统。通过对单体光伏光热系统(PV/T)的实验研究表明,在单体PV/T放置角度为30°,流量为200 L/h时,集热效率可达到最大值65.6%,系统的平均发电效率为14.3%,瞬时综合效率最大为83%,达到了能量的梯级利用。     

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．     

太阳能热化学与化学回热联合的冷热电系统

提出了一种太阳能热化学与化学回热过程联合的冷热电联产系统。利用太阳能驱动甲醇分解反应,产生的合成气在内燃机中燃烧作功,内燃机排烟余热与导热油换热,并驱动甲醇分解反应以回收余热。对系统进行了热力学性能分析,探究了全年典型日下系统热力性能与储能特性规律.研究结果表明:设计工况下系统一次能源利用率为78.4%,太阳能净发电效率为21.1%。在300~1000 W/m~2的直射辐照强度范围内,系统可以实现稳定运行,太阳能净发电效率稳定在19.3%~21.5%的变化范围内。     

腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算

腔式吸热器是塔式太阳能热发电系统中非常关键的一个部件,它的性能直接关系到整个发电系统的效率,因此对吸热器内的太阳能热流密度及吸热器的效率进行计算在吸热器设计中便显得尤为重要.本文提出了一种综合计算的方法来解决这个问题:首先利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法来模拟吸热器内太阳光束的行为,得到吸热器内的太阳能热流密度分布;然后利用流动换热的相应公式计算出吸热器内吸热管道的壁温;接着再对吸热器内空气的流场进行计算得到吸热器管道的热损失.利用这种综合计算的方法可以估算出太阳能在吸热器表面的热流密度分布以及吸热器的效率,为吸热器设计提供一定的理论指导.     

太阳能驱动的生物质气化发电系统研究

本文提出一种基于太阳能驱动生物质气化的新型发电系统,利用塔式定日镜场聚光产生1000~1500 K高温太阳热能驱动生物质进行气化反应,并集成先进燃气-蒸汽联合循环发电系统高效利用气化合成气。对该系统进行了热力学性能分析,结果表明:与常规生物质气化方式相比,通过驱动生物质发生气化反应,不仅将间歇性的太阳能转化为稳定的合成气化学能,并增加了气化合成气的化学能,同时合成气中的H_2和CO的摩尔含量之比在气化温度为1000~1500 K时达到1.65~2.44,有利于直接合成甲醇等清洁液体燃料。在设计工况下,系统的太阳能热功转化效率将达到23.68%,随着气化反应温度的升高,系统的太阳能份额和输出的电功率增大,系统的总热效率和总效率均下降。研究成果将为高效利用我国西部丰富的太阳能与生物质能提供一条有效途径。     

以太阳能为动力的全自动养鱼种植系统研究

本文设计了一套完整的水质检测系统和种植系统,利用多类传感器对养殖水池的水质进行生化监测,该系统需要用到的所有能量先来自太阳能,同时太阳能发电可以和市电相互连通,实现能量的损耗最小,实现收益的最大化。     

太阳能膜反应器燃料制取及联合循环效率分析

膜反应器是一种可在等温条件下连续运行的高效热化学反应器。基于膜反应器的甲烷重整吸热反应可利用太阳能作为热源制备更高热值的合成气,并可作为燃料提供给下游的联合循环进行发电,实现太阳能与化石能源的互补利用。本文对基于透氧膜的太阳能制取合成气系统建立理论研究模型,首先研究制取合成气的效率在不同热回收效率下随H_2O/CO_2比率变化的规律,然后讨论上游膜反应器的合成气产物热回收效率对于系统总发电效率的影响,并得到系统总效率的变化规律。膜反应器与常规甲烷重整反应系统相比,甲烷转化率和产气纯度更高,且燃料产物便于储存和运输。系统总发电效率为39.3%(太阳能聚光温度1200℃),具有实际应用潜力。     

太阳能热发电聚光系统的研究进展

概述了太阳能热发电技术的发展状况,介绍了用于太阳能热发电的5种聚光系统,包括槽式、碟式、塔式、线性菲涅耳式以及地面接收式。详细阐述了这些聚光系统的光学结构、聚光原理以及聚光器件的设计方法和制作工艺,指出了不同聚光系统在聚光过程中的优缺点。文中的讨论可为太阳能热发电聚光系统的设计提供参考。