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悬吊式太阳能槽式聚光器设计与有限元分析文献综述

 2020-08-05 22:02:47  

自从20世纪70年代能源危机以来。发展新的可再生能源就成了迫在眉睫的事。而太阳能在众多可再生能源中毫无疑问是最重要的,因为丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽,用之不竭,没有污染并且人类能够自由利用的近乎无穷无尽的天然资源。而槽式太阳能热发电系统由于其投资成本低,可以实现商业化运作,在用电高峰可以提供稳定的电能,成为其中研究的重点,而随着槽式太阳能热发电的商业运行,各国都意识到太阳能聚光器对太阳辐射利用的重要性,对太阳能聚光技术进行了研究,在20世纪90年代Schlaich等人开发了抛物槽式聚光器。聚光器在整个热发电系统成本中占大约40%,因此对聚光器的研究具有非常重要的意义。

通过对所查文献的研究,太阳能热发电发展的重要因素就是成本电价无法与常规能源竞争,而降低成本可以通过提高转换效率来实现,而这就对聚光器的设计产生了新的要求。而纵观整个太阳能聚光器的发展史:第一台槽式太阳能聚光器由美国工程师Ericsson于1870年发明,到80年代中期,槽式太阳能聚光器进入了商业化阶段。美国Luz公司自1984~1991年陆续建立装机总容量为354MW的SEGS槽式电站,至2013年底已商业化运营30年。SEGS电站中的槽式太阳能聚光器含有LS-1,LS-2,LS-3这三种型号。由于SEGS是最早商业化的电站,因此三种型号中主要的LS-2和LS-3型号也成为了槽式太阳能聚光器的标准规格。随着科技的发展,在这两种槽式聚光器的基础上,国内外都研发出了新型的,被优化的槽式聚光器。而设计更加合理的槽式聚光器,可以从以下三个方面入手。

(1)聚光器支架:在整个发展趋势中,聚光器的开口尺寸越来越大,且长度也越来越长,而直至目前这个趋势也仍在继续。大开口的聚光器主要有以下二方面好处,一是可以降低聚光器的制造成本;二是可以提高集热器的聚光比,提高热电转换效率。而开口的增大也对聚光器的支架有了新的技术要求。槽式太阳能聚光器的工作环境是室外,难免会受到大自然的影响,其中风对聚光器的影响尤为显著,目前槽式聚光器支架主要分为扭矩盒式盒扭矩管式:扭矩盒式聚光器的材料为碳钢,在风的作用下易发生振动,从而降低了聚光的效率;而扭矩管式聚光器质量较大,安装维护会耗费大量的人力成本。根据支架在工作环境中的受力对支架结构进行研究和优化,从而使得支架结构更加稳定,支架质量更轻,变形更小,具有较好的承受静载荷和风载的能力。

(2)#160;槽式反射镜: 反射镜直接安装在支架上,其作业环境为室外,由于灰尘、粉末、雨水等等因素影响,长时间的使用会逐渐降低反光镜的反射率,而反射率却是反射镜最重要的性能指标。选择甚至改进合适的反射镜,将提高反射率,提高生产率。可以参考使用国外已经开发的反光铝板。其具有以下优点①:对光和热的辐射率达到了85%,反射性能优越②:质量较轻,易成型,不易碎,便于安装和维护③:透明陶瓷层可提供保护,防御各种腐蚀破坏。

(3)#160;DGS单回路系统:直接用水作吸热介质工作的DGS单回路系统具有系统简单,头至少,不用油循环,少了换热装备,防火,效率更高等有点,是未来太阳能热发电的的主要方向。

我国在太阳能热发电还处于起步阶段,要赶上欧美国家在这个方面的研究进展,只有对聚光器这个核心部件进行研究才能有所收获,而槽式聚光器作为其中性价比最高的聚光器更应该是研究的重中之重。我们还应学习并选用外国先进,可靠的设备和技术进行示范性实验,取得一定成就后,再予以推广。

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【1】郑建涛,张剑寒,余强,徐二树.槽式太阳能聚光器研究进展【j】.SOLAR ENERGY ,2015.

【2】钟史明.槽式太阳能热发电介绍【j】.区域供热,2014.

【3】刘英玉,肖洪,朱天宇.槽式太阳能聚光器结构特性研究【j】电气技术与自动化,常州:2013

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