新能源发电技术课程报告(共7页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上新能源发电技术课程报告专 业：电力工程与管理班 级：电力1101班 姓 名：李渊琴 学 号： 指导教师：王黎 兰州交通大学新能源与动力工程学院专心-专注-专业太阳能热气流发电1太阳能气流发电技术1.1太阳能气流发电技术的工作过程 太阳能热气流发电技术是利用太阳能和运用烟囱效应、涡轮机组发电技术进行发电的一种新的太阳能热发电技术,该技术具有资源丰富、清洁无污染、可再生、发电成本低、结构简单等优点。 本文在太阳能热气流发电系统的能量转换和输出功率理论基础上,设计搭建了一个小型的实验装置,对实验装置的温度场和烟囱出口风速进行了测量。并通过改变系统几何尺寸,研究得出烟囱高度、

2、烟囱直径、流道形式等几何尺寸对系统性能的影响规律。 同时,本文应用数值计算方法,在一定假设条件下,建立了太阳能热气流发电系统的数值计算模型。采用FLUENT软件对太阳能热气流发电系统中的速度场和压力场进行了数值模拟,研究得出了集热棚直径、集热棚入口高度、烟囱形状、烟囱高度、烟囱直径等几何尺寸对系统性能的影响规律。 最后,本文对数值模拟的结果和实验结果进行了比较分析。综合模拟和实验研究表明：在其他条件不变的情况下,集热棚入口高度对太阳能热气流发电系统的发电功率没有影响；烟囱直径存在最佳值,使系统的发电功率最大；太阳热气流发电系统的发电功率随集热棚直径、烟囱高度的增大而增大；烟囱形状为渐扩型时发电

3、功率比较大,但其实际建造有困难；蓄热层黑度越高系统效率越高;集热棚和烟囱连接光滑流道比直角流道对系统更有利。 模拟和实验研究为实用性的太阳能热气流发电站的优化设计和建造提供了依据和指导,本文在研究了系统几何尺寸和形体变化对系统性能的影响的基础上设计了功率为200MW电站的合理尺寸。1.2 太阳能气流发电的原理太阳能热气流发电，源于德国斯图加特大学J.S chlaich教授1978年提出的大胆构想。该发电系统卞要由太阳能集热棚、导流烟囱和涡轮发电机组二部分构成。集热棚采用透光目隔热的材料制成，用以吸收太阳辐射能量使棚内空气温度升高;位于集热棚中央的烟囱，高耸达数白米至上千米，烟囱上下自然压差有数

4、十毛，在烟囱的抽吸和集热棚内热空气压力的联合作用下，烟囱引导棚内空气形成强大气流，驱动涡轮机带动发电机发电，其运行原理显然，太阳能热气流发电的能源直接来自太阳辐射，发电系统的作功工质来自空气，系统运行简便易行。由于烟囱为圆筒状高耸建筑，是形成气流的关键部分，又是发电系统的重要标志，故太阳能热气流发电又称太阳能烟囱发电。根据太阳能热气流发电的基本原理，它具有以下基本特点:这种发电系统是集热棚、烟囱、涡轮发电机等传统技术的集成，建造集热棚和烟囱的材料是玻璃、水泥、沙石和钢材等常规材料;集热棚地表或棚内装设的特殊蓄热装置(如水箱等)在太阳充足时吸收的大量热量，在天阴或夜间仍会不断释放，形成气流继续发

5、电，因此，可以提高供电连续性;这种电站不需要燃料，也不需要冷却水，只占用沙漠和戈壁滩等荒芜土地。因此，电站的建设成本不高，一次性投资与建造同容量水电站相当，但不存在侵占耕地、破坏资源及库区移民等问题;电站运行时不产生任何污染，还可能利用其温室效应等改善局域环境，社会效益更为显著。：太阳能热气流发电的原理图2太阳能发电技术的发展现状2.1高效太阳能热气流发电系统的可行性分析太阳能热气流（烟囱式）发电技术现状我国太阳能热发电技术的研发工作始于20世纪70年代末，由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本解决，国家相关政策及研发导向重视程度不够，研发经费不足，使热发电项目的研发相对滞后，至今研发太阳能

6、热气流发电系统示范性电站的工作尚未进行。因此，我国太阳能热发电技术与国外差距很大。当今世界，能源危机与环境污染是人类面临的最大挑战。开发利用可再生洁净能源是能源发展的战略方向，也是21世纪经济发展中最具决定性影响的技术领域。大力开发利用新能源和可再生能源，是我国优化能源结构，改善环境，促进经济社会可持续发展的重要战略措施之一，尤其对解决边疆、海岛、偏远地区以及少数民族地区的用能问题，具有十分重要的作用。新能源和可再生能源主要包括:太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能，其中水能总资源6.76亿kw,可开发的水能资源为3.78亿kw，目前己开发利用11%;风能资源总量为16亿kw，约10%

7、可供开发利用，到2000年底累计建成26个风电场，形成了34万千瓦的发电能力;太阳能资源更为丰富，全球年能量消耗的总和只相当于太阳40分钟投射到地球表面的能量，太阳光日照地球一天的能量，大约相当于全球目前所有发电厂运行250年的总发电能量。我国可利用太阳能的国土面积占2/3以上，约600万平方公单，全年平均日照时间在22003300小时之间，年总辐射量超过1670kwh/mzm，开发利用前景十分广阔。据国家林业局发布的第一次全国荒漠化、沙化土地监测结果，在我国960万平方公单的国土面积中，荒漠化土地面积267.4万平方公单，占国土面积的27.9%，沙化土地面积174.31万平方公单，占国土面积

8、的18.2%，这些不毛之地主要分布在我国西部和北部。另据中科院地理湖泊所报导，在我国西部680万平方公单的土地面积中，沙漠和戈壁滩面积达126万平方公单，其中新疆的荒漠面积约占全疆面积的一半，而青藏高原约有2/3以上的土地为高原寒漠和永久冻土地区，面积达150万平方公单。但是，正是这些广裹地区，太阳能资源极为丰富。2.2太阳能热气流发电技术的国内外研究概况1978年德国Schlaich教授提出太阳能热气流发电设想之后，1982年德国和西班牙合作在西班牙的Manzanares建造了第一座太阳能热气流发电原型电站集热棚直径为250m, 烟囱高200m，功率为100kw，并一直运行至今。此后，一些国

9、家开始关注这一技术的发展。如美国先后建立了多个不同型式的太阳能热气流发电模型电站，开展了一系列基础性研究。而拥有充足沙漠和阳光的印度、南非和澳大利亚相继开展了太阳能热气流电站的工程设计研究和技术经济评估。其中，印度拉贾斯坦的塔尔沙漠100M W太阳能热气流发电站计划，己通过论证并即将实施。不幸的是由于印、巴之间的核竞赛而被迫夭折。南非在其沙漠城锡兴的200M W的太阳能热气流发电站计划，在论证之中。最近，澳大利亚的沙漠太阳能热气流发电站计划，据报导己通过论证进入筹建之中，该电站集热棚直径5OOOm,烟囱高1000m，功率200M W，计划总投资34.5亿欧元。近年还发表了一些太阳能热气流发电技

10、术相关的研究报告，内容涉及结构模型、能量转换、发电质量控制以及可能产生的环境效应等方面。但是，二十年来太阳能热气流发电始终未能得到大规模推广。主要原因在于，发达国家一直坚定地维护其以油、气为主体的优势能源结构，只是近年由于受环境和资源的双重压力，才开始重视对再生能源的研究开发。但是，作为太阳能热气流发电思想的发源地欧洲，由于缺乏丰富的沙漠太阳能资源，因而也就缺乏进一步推进这一技术的热情和动力。至于大多数发展中国家，由于经济技术不发达，有些甚至尚处在解决温饱问题阶段，故虽拥有丰富的沙漠太阳能资源，也无力开发利用。唯独我国，从国情出发，非常适合于大规模开发太阳能热气流发电，其对改善我国的能源结构，

11、缓解我国的能源与环境的矛盾，意义重大而深远。3太阳能热气流发电技术特点传统的发电方式相比，新型的太阳能热气流发电系统具有设计简单、取材方便、运行可靠、运动部件少、维修方便、维修及运营成本低廉、无环境污染、昼夜运行连续稳定、使用周期长等特点。具体体现在以下几个方面：(1)能量收集稳定,技术简洁廉价,荒漠环境改善。(2)研究表明，影响电站运行特性的因素有云遮、空气中的尘埃、集热器的清洁度、土壤特性、环境风速、大气温度叠层、环境气温及大篷和烟囱的结构质量等。3.1太阳能热气流发电环境效应太阳能与风能存在着天然的季节互补、气候互补性和昼夜互补性。实施联合开发，必将降低发电容量的峰谷波动，提高供电稳定性

12、和电能品质，从而提升资源利用效益。众所周知，所有荒漠化、沙化地区的生态环境都非常脆弱。土地表层干旱松散是沙化内因，频繁强劲的大风吹蚀是沙化外因。故成功的治理经验是:造林种草、防风治沙，形成良性循环的生态系统。采用太阳能热气流发电，可以使大面积的荒漠化、沙化地表被集热棚覆盖，切断了裸露的沙源。若再合理布置风电机组群，组成大面积分层、立体风机阵列，从而形成风场屏障和风力阻尼。这就从沙源和风势两个方面缓解了沙尘暴的强度。此外，由于太阳能热气流电站的导流烟囱高耸入云，其所产生的强烈上升热气流与高空冷气流相会，形成积雨云，增加了局部降雨的机会。而在地下水较富集地区，更可利用部分电能抽水浇灌，因而实现荒漠

13、绿化也是完全可能的。3.2太阳能热气流发电对我国能源发展的影响由于太阳能热气流发电的单元规模可达到50300M W，因而太阳能热气流发电是实现太阳能大规模开发的重要途径;我国的荒漠化、沙化面积约占国土总面积的1/3，在这些地区，太阳能资源极为丰富。这就为我国大规模开发太阳能热气流发电变荒为宝提供了物资资源条件，并为本世纪上半叶乃至中叶即聚变能实现之前扭转我国能源困境提供了一条有效途径;大规模开发太阳能热气流发电，应同时大幅度提高电力在我国终端能源结构中的比例，落实以电力为中心的能源建设方针;充分利用节余的燃煤，转型发展煤的液化、气化以弥补我国油、气资源之不足，提高国家的能源(石油)安全;发展基

14、于太阳能热气流发电的电解制氢和海水淡化，可进一步缓解我国油、气、水资源的压力;密切关注聚变研究的进展，为保障本世纪下半叶及以后我国能源持续发展作好准备。3.3太阳能热气流电站新技术1立式集热板太阳能热气流发电系统由于目前的太阳能烟囱效率普遍较低，为提高太阳能热气流电站的运行效率提高其竟争性，一些新的太阳能热气流发电技术也在积极研发之中。青岛科技大学的周艳博士结合了太阳能烟囱发电和太阳能集热技术提出了一种依托于高楼建筑的立式集热板太阳能热气流发电系统。该系统的主要部分有立式的集热墙、蓄热装置、绝热层透平发电机组成。传统的大面积集热棚贝立式的烟囱外墙和选择性吸收涂层所代替，因而大大节省了系统的占地

15、面积，集热器和建筑物绝热外墙之间形成的通道代替传统的太阳能烟囱。空气在烟囱内被自下而上不断加热密度减小，从而引起浮升运动带动底部的透平机发电。这样的设计使得太阳能热气流发电可以适用于人口稠密的城市地区。2螺旋型太阳能集热棚为解决太阳能热气流电站集热棚占地面积大、材料消耗高等问题，华中科技大学的李卉梓、陈念桥等人在2009年提出了螺旋型太阳能集热棚的概念。通过对该集热棚电站系统的模拟分析表明相对于西班牙Manzanare*电站，在同等输出功率下新型电站的集热棚半径减小了25 %，材料用量减少了44 %，因此显不出明显的经济性和商业优势。3太阳能与风能橘合发电技术在我国的西部地区，荒芜的土地资源较为丰富，而日太阳能和风能资源也十分丰富。因此在宁夏、甘肃、内蒙古、新疆等地区建立大规模太阳能烟囱热气流电站并且耦合风力发电系统显得非常有市场前景。2011年华中科技大学的杨家宽教授和内蒙古科技大学的张凯教授提出了太阳能烟囱和垂直风力发电机橘合的发电系统。这种耦合发电系统是在烟囱的外围通过磁悬浮布置若干垂直风力电机的叶片完成耦合的。研究结果表明这种发电系统可以实现白天和夜间风力发电和太阳能发电的功率互补，降低输出波动性，为实现大规模并网提供可能。同时一提高单位面积和单位高度的输出功率，风力机和涡轮机的耦合，通过初始运行时一涡轮机带动风力机运转，还可以解决垂直风力机起动性能差等问题。