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[硕士论文] 陈阳
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类科学技术的进步发展,传统能源已不能满足社会的需求,新能源技术发展迅速,已在现代电力系统中已占据了了相当大的比例。其中,光伏发电因其清洁、储存量巨大、分布广泛等优势,更是受到了众多国家的广泛应用。但是由于光伏电池发电容易受到外部因素的影响,其输出功率会出现无规律的波动,这使得其难以稳定的提供电能。飞轮储能是一种利用驱动电机带动飞轮旋转将电能转换为飞轮动能的新型储能方式,相比传统化学储能方式,其具有储能密度高,工作时限长,运行时不造成污染等特点,具有很大的应用潜力。本文以独立太阳能飞轮储能系统为研究对象,针对在储能阶段太阳能飞轮储能系统的效率问题,对利用飞轮系统稳定光伏电池阵列直流母线电压为负载提供稳定电压,并将供给负载过后剩余的能量存储到飞轮系统中的控制方法进行了研究。
  本文首先,对飞轮系统的结构及原理进行了介绍,通过对比各种常用飞轮电机优缺点,结合光伏发电的特点选择结构简单、容易维护且性价比高的异步电机作为飞轮驱动电机。
  其次,根据光伏电池的原理及其不同条件下的输出特性搭建了光伏电池的仿真模型;对比各种常用最大功率追踪算法,提出了一种基于粒子群算法整定PID参数改进的扰动观察法作用于光伏电池,实现对光伏电池的最大功率追踪控制;接着,根据光伏发电输出功率多变的特点,飞轮电机控制方法选择具有较快响应性且对电机参数依赖较小的直接转矩控制技术,对其原理进行了分析,并在Matlab/Simulink中建立了异步电机直接转矩控制仿真模型;对飞轮系统储能阶段的控制进行了研究,根据光伏阵列输出功率、负载功率及直流母线实时电压作为参考计算异步电机直接转矩控制的参考转速、参考磁链,使得飞轮系统在储能过程中能够跟踪光伏阵列输出功率的变化,在保证直流母线电压稳定条件下,使得负载功率、光伏发电功率及飞轮储储能之间维持平衡;当异步电机转速达到其额定转速时,对电机进行弱磁控制,实现恒功率下的电机加速旋转,最大化的将多余的能量转存到飞轮系统中,提高光伏发电电能的利用率。
  最后,在Matlab/Simulink中建立了太阳能飞轮储能控制系统模型并进行仿真,结果表明本文所提出的控制方法能够较快的响应外界环境的变化,提高了能量利用率,具有一定的实用性。
[硕士论文] 周强强
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能光热利用的领域十分广泛,平板型太阳能集热器以其承压性好、与建筑一体化程度高等优点逐渐受到重视,但其初始投资成本高且在夜间闲置。本文利用有限元软件对一种兼具白天太阳能集热与夜间辐射制冷功能互补的复合系统(Solar Heating-Radiative Cooling,SHRC)进行分析,探究了辐照强度、入口温度等不同因素对SHRC复合系统性能变化规律的影响,获得了其在白天集热和夜间制冷两种工况下的性能关系式。本文的主要研究内容和结论如下:
  1、建立了SHRC复合系统的归一化温度数学模型,利用Fluent研究了不同因素对其集热性能的影响规律,并进行了实验验证。集热工况下复合装置瞬时截距效率实验结果和数值解分别为63.6%和60.3%,两者间的均方根误差为2.84%。此外,以合肥为例探究了不同季节典型日SHRC复合系统的集热效率和热损失系数分别随辐照强度和入口温度等条件的变化规律,结果表明夏季系统可靠性最高。
  2、选择Fluent辐射模型研究制冷工况下SHRC复合系统的性能变化规律,获得装置制冷功率与(Tm-Ta)间的关系式,并与文献实验结果进行了对比。模拟值较实验值偏高,两者间均方根误差为13.85%,理论截距制冷量可满足夏季夜间普通房间制冷需求的45%左右,在一定范围内可利用上述关系式对SHRC复合系统制冷性能变化进行预测分析。
  3、利用典型气象年数据,结合性能关系式,选取纽约、新加坡、堪培拉、北京、伦敦和里约热内卢六个不同气候类型代表城市进行SHRC复合系统全年性能分析。结果表明:由于不同气候类型地区的辐照条件和环境温度不同,复合系统集热能力相差较大,除了热带雨林气候的新加坡全年得热量和制冷量分布较均匀外,其余各城市均随季节而变化。年得热量最多的城市为堪培拉(4048.73MJ/m2),与得热量最少的城市纽约相差1257.39MJ/m2。此外,还对系统性能偏低的季节或地区提出了相应改善建议。
[硕士论文] 杨文合
绿色镀膜技术与装备 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能聚光发电系统是将太阳能跟踪系统与光学设备相结合,利用光学原理将大面积的太阳光聚集到小的集热器上,进一步转化成热源传给传统的发电系统。基于聚光形式的差异,主要可分为塔式聚光、碟式聚光、槽式聚光和线性菲涅尔式聚光系统四大类。线性菲涅尔式聚光发电系统作为聚光发电技术中新生的潜力军,由于其简单的结构、低廉的成本、突出的风保能力、超高的土地利用等特点,在大范围发电中有很好的应用前景。
  线性菲涅尔镜场的跟踪不同于单个的太阳板,整个镜场中的各个参数都直接或间接地影响着跟踪接收太阳辐射能的多少。本文主要是从线性菲涅尔镜场的无阴影布置优化、镜场的跟踪倾角的矢量优化计算、镜场夹角控制的优化高度、一次反射镜反射光线进入CPC率的测试、镜场采用的菲涅尔跟踪系统硬件结构、镜场采用的菲涅尔软件系统结构等方面做出研究分析。首先给出镜场优化布置的一个方案,给出计算方法并进行算例分析;之后利用矢量分解法简化镜场倾角的计算,推导出镜场跟踪倾角的计算公式,利用MATLAB软件对镜场跟踪倾角进行误差分析,得出镜元倾角误差对光线进入聚光器的影响;然后利用MATLAB模拟计算、分析得出线性菲涅尔镜场夹角控制高度对应的优化区间。在此基础上,进行一次反射镜反射光线进入CPC率的测试,以测试结果证明,镜元倾角计算的准确性和高度角控制的合理性,对整个线性菲涅尔镜场跟踪系统起到关键性的作用。
  本文第四章主要介绍了线性菲涅尔镜场跟踪系统的硬件结构,这部分优化第一主要体现在主控单元上,在传统的单片机为控制单元的基础上采用了主控单元为抗干扰能力突出的PLC控制器。以单片机为主控单元的菲涅尔镜场跟踪系统对编程要求相对来说很高,一般都是由卖家编好之后直接买回来用,对程序员的个人素质要求很高,反而PLC则相对来说很容易上手,并且可以根据镜场的需要实时进行程序的补偿。驱动单元由传统的电机改换成了数字控制突出的步进电机,并配备了以AT89C2051单片机和L293D功率放大器构成的驱动控制电路。减速器采用了现如今正处于热门状态的谐波减速器。
  论文最后主要是介绍了线性菲涅尔镜场跟踪系统的软件部分和实用案例介绍,首先是主程序的编写,可以分成两个小的子程序,一个是基于太阳位置天文参数和公式,对太阳高度角和方位角的准确计算;另一个是步进电机脉冲的计算。综上所述,严格的按照相应的太阳天文位置参数和公式进行编程,计算出太阳高度角和方位角后,完成镜元倾角的计算并向步进电机驱动控制电路发出相应的信号,驱动步进电机控制镜场实时跟踪太阳。总而言之,就目前线性菲涅尔聚光发电技术的水平来看,该跟踪控制方式能做到较高精度的跟踪,并且方便清洗和维修。
[硕士论文] 曾俊铭
交通信息工程及控制 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技水平的飞速发展,人类在太阳能热发电方面取得了前所未有的成果。太阳能热发电作为一种聚焦型太阳能热发电模式,按照集热方式的不同,可分为太阳能碟式热发电、太阳能塔式热发电、太阳能槽式热发电等。由于槽式发电具有更为显著的优点,其已大量应用于商业发电系统中。槽式热发电系统的发电原理是通过类似抛物面柱的聚光反射镜将不同方向所接收到的太阳光聚集到柱正中心的集热管,从而将热量传递给流动的载热工质,以驱动汽轮机进行发电。
  真空集热管(HCE)是光热发电过程中核心的部件之一,其集热性能的好坏,直接影响到最终的发电效率,因而,通过特定方法进行集热管热性能测试对提升发电系统的效率显得至关重要。该课题以真空集热管的热性能测试系统作为对象进行优化研究,通过借鉴DLR和NREL所采用的测试方法,如室外测试(工作状态测量法)和室内测试(背太阳测量法),建立了对应的热性能测试模型。其中,室内测试主要是针对其保温的能力,这通过集热管的热损失来衡量。热损测试结果会受到多种因素的影响,如两端保温、温度取样点的选择、温度控制精度以及环境因素等。
  本文从集热管测试原理的角度出发,首先分析了集热管热性能测试系统设计过程中几个重要的技术难点,如端部热损失、管内温度场平衡、温度检测、电量检测等,同时,阐述了在该测试过程中温度控制的精度和稳定性对测试结果的重要性。其次,根据测试模型设计并搭建了相应的硬件框架,其中包括器件的选型、抗干扰设计等。在此硬件基础上,以Visual basic6.0为开发工具,开发了监测与控制软件,并根据测试要求,对软件进行了修改和完善。然后,以热性能测试作为目标,将温度控制作为重心,结合集热管测试的特殊性对几种常用温度控制算法的优缺点进行了对比,并由此提出了多级控制策略,以实现对系统的优化。该策略会根据当前控制目标及系统状态生成一条适应于该次测试的控制目标曲线,并根据升温现状实时给出适宜的控制参数,将二者进行结合,可以对集热管的温度进行精确的控制。最后,通过不同的测试过程对该算法的控制效果进行了验证,同时采集了相应的测试数据,在对数据进行了分析之后,证明了优化后控制策略在集热管温度控制上的优越性。
[硕士论文] 任拥伟
控制科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:户用光伏储能系统中,如何实现对户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网的运行状态及主要参数的监测、控制和保护,如何协调好户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网之间能量的合理调配,研究户用光伏储能系统的能源管理装置具有重要意义。
  本文阐述课题研究背景、研究目的与研究意义,对国内外能源管理装置的发展及研究现状做了具体分析。阐述能源管理装置的功能,控制方案及工作原理,确定能源管理装置的总体架构。在硬件平台设计上,选用ARM11系列的S3C6410作为核心控制器,硬件平台电路设计主要包括电源接口电路、USB接口电路、通信接口电路、SD Card接口电路、LCD电容触摸屏接口电路。对于能源管理装置软件平台,本文采用嵌入式linux操作系统和Qt作为软件开发平台,进行宿主机平台搭建及嵌入式linux操作系统移植,选用SQlite作为能源管理装置的后台数据库,使能源管理装置具有数据存储的功能。
  能源管理装置采用的通信传输方式有RS232、RS485、SX1278及以太网。其中RS232主要实现能源管理装置与户用负载参数的数据通信;RS485主要实现能源管理装置与外界环境参数、户用光伏电池参数及交流电网参数的数据通信;SX1278主要实现能源管理装置与储能电池参数的数据通信;以太网主要实现能源管理装置与上位机的数据通信。
  选用Qt软件设计能源管理装置应用程序及人机界面,能源管理装置应用程序交叉编译移植到硬件平台,在实验室搭建能源管理装置硬件测试平台,进行功能测试。测试表明,满足系统设计要求。该能源管理装置具有体积小、功耗低、操作方便等特点,具有很好的市场应用前景。
[硕士论文] 董西宝
动力工程及工程热物理 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着化石能源的减少和需求的增加,开发地热能等可再生能源越来越受到人们的重视。我国地热能储量巨大,以中低温热源为主,这些低品位的热能很难推动水蒸汽朗肯循环发电。有机朗肯循环系统(ORC)可以利用低温地热能进行发电,在中低温热源场合被看作有效的发电方式。涡轮膨胀机具有转速高,单级膨胀比高、运行范围宽的特点,常被用作小功率有机朗肯循环系统的热功转换设备。
  本文针对90℃的低温地热能,选择R245fa作为有机工质,对有机朗肯循环系统进行热力学分析,然后对其循环参数展开优化研究。结果表明,冷凝温度的增加使得系统的?效率和膨胀机输出功率减小,增大了冷凝器内的?损失,同时使系统的经济性能变弱,因此低的冷温度会提高系统的效率和经济性能。过冷温度的增加不会影响膨胀机的输出功率,但会降低系统的?效率,增加蒸发器的?损失。较高的热源温度可以减小蒸发器的换热面积,提高系统的经济性。
  对200kW涡轮膨胀机进行一维热力设计,以及蜗壳、导叶和动叶的三维造型,然后通过Turbogrid进行网格划分,利用CFX进行数值模拟,最后对涡轮膨胀机进行了流场特性分析。结果表明,工质在蜗壳内分布均匀,没有出现明显的漩祸流动或者二次流,压力和温度在蜗壳内靠外侧较高,靠内侧出口处较低,呈层状分布。由于导叶结构在叶高方向不变,流场特性随着叶高方向的变化不大。在导叶内,前30%相对弦长处工质压力变化不大,在导叶尾缘出口处,由于气体在斜切部分膨胀,使得工质压力下降明显。动叶内的压力等值线在前缘附近比较稀疏,在尾缘附近比较密集,表明有机工质在动叶中的膨胀主要发生在后半段,动叶前缘处由于冲角的原因存在激波,在动叶尾缘处由于叶轮的弯曲,气体膨胀速度加快。叶顶间隙使流体在压力面和吸力面之间形成泄漏流动,对主流形成干扰,使得膨胀机的效率降低。由叶顶间隙引起的涡流随着叶顶间隙的增加而增大,并且涡流贯穿整个叶轮流场通道。对变工况的研究表明,在一定范围内,随着转速的增加膨胀机的效率先增大后减小,存在一个峰值,说明膨胀机在运转时如果转速超出额定转速,膨胀机的效率会下降,因此在实际运行时,应当防止膨胀机过度超速。
[硕士论文] 潘婷
产业经济学 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:随着资源危机和环境污染日益严重,实现可持续发展是我们当前经济和社会发展的重要目标。光伏产业充分利用太阳能这种清洁安全的新能源,对推动我国能源结构调整、有效转变能源消费方式具有重要作用。我国光伏产业兴起相对较晚,但是发展迅速,规模不断扩大。不过自2012年始,国际光伏市场开始出现低迷,为了保护本国企业,欧美等国家对我国光伏产业实施了“双反”政策,限制我国光伏产品出口,导致成本加重,光伏产业陷入困境。
  各国政府为了扶持光伏产业,颁布了诸多的产业政策。德国是最先实施产业政策进行扶持的国家,出台了电价上网补贴政策,美国倾向于税收激励和优惠政策,我国政府先后实施了“金屋顶计划”与“领跑者计划”和其他多种相关激励政策。我国的这些扶持政策对光伏产业发展的效果如何,是否对光伏产业在国际上的竞争优势发挥了积极作用是值得探究的,这也是本文研究目的。为此,本文首先通过归纳总结现有学者对产业政策及竞争优势的研究,分析我国光伏产业的现状及其竞争优势,并对我国实针对光伏产业出台的产业政策进行概括总结。在理论分析基础上,基于钻石模型和科布道格拉斯生产函数模型,运用主成分分析和多元线性回归,分别从产业统计数据和上市公司统计数据分析产业政策对光伏产业竞争优势的影响关系及其贡献度,两个结果都表明财政支出和金融扶持都对竞争优势有显著的积极作用,而上网电价和科研补贴对光伏产业效果不显著。本文最后,根据实证分析结果,对提高我国光伏产业竞争优势,从政府和企业两个层面提出具有针对性的建议,在政府层面,继续推行税收返还,增加投资者的信心,另外也需加强建立信用体系,完善融资政策,同时根据产业发展程度,不断调整电价补贴,倒逼企业转型。在政府的扶持下,企业也需不断探索提升,首先注重技术创新,掌握核心技术,增加话语权,其次要开发国内市场,降低出口依赖,同时加强专业人才的培养,提高竞争优势。
[硕士论文] 刘婷婷
动力工程及工程热物理;新能源技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)是一种非成像低倍聚焦的聚光器,可将给定入射角范围内的入射光线按理想的聚光比汇聚到接收器上,而且可以同时接收直射和散射辐射。它在运行时不需连续跟踪太阳,只需季节性的调节方位就可高效工作了。在太阳能中温领域中,复合抛物面聚光器有着广阔的应用前景。本文的研究内容都是基于自主设计的一种可以消除接收管和CPC反光板之间漏光损失的内聚光W型CPC热管式真空集热管。主要的工作总结为:
  (1)首先,对W型CPC的底部和渐开线抛物线进行了分析研究,设计出开口宽度为108.7mm,聚光比为1.236,接收半角为32°,长度为1.5m的W型CPC反光板。其次,设计了热管外径为28mm,玻璃管内径为110mm的热管式真空集热管。最后,介绍了CPC反光板制作工艺、太阳能选择性吸收涂层制备过程、玻璃-金属封接方式和真空度防护措施等内容。
  (2)建立W型CPC热管式真空集热管的光学效率计算模型,把入射到CPC开口面上的太阳直射光线分解为径向和轴向。Tracepro软件模拟了不同径向下入射角下的光线轨迹、几何光学效率和热管曲面总光通量的变化情况。计算得到散射辐射的光学效率为0.487,研究直射辐射的光学效率与径向入射角、轴向入射角的关系。
  (3)以CPC开口面为基准面建立坐标系,得到太阳光线与CPC开口面的入射角、径向辐射角和轴向入射角的计算式。分析轴向入射角、径向入射角、直射光学效率与时刻的关系,得出结论:径向入射角与时刻呈线性正相关;轴向入射角在20°~50°范围内变化,但轴向入射角在该范围内变化时光学效率的改变量不足3%;夏至日的一天里直射光学效率在上午10点到下午14点之间的4个小时内基本稳定在68%,一天的平均直射光学效率为40%。
  (4)根据太阳辐射基础物理量,推导出CPC开口面上接收的太阳直射辐射强度、反射辐射强度和散射辐射强度,从而建立起各时刻下的吸热体吸收辐射强度模型。以夏至日的一天为例,分析计算采光面接收的辐射强度、吸热体吸收的辐射强度以及总光学效率。
  (5)建立W型CPC热管式真空集热管能量传递模型,分别对热管蒸发段、热管内部和冷凝段建立数学模型。对集热管进行热性能分析,推导出其瞬时热效率方程、总热损失系数、效率因子和热转移因子的表达式。设计了Matlab/GUI热性能仿真平台,得出的结论为:太阳辐射强度是集热管热性能的主要影响因素;环境风速对集热管热性能的影响几乎可以忽略;提高流体的进口温度会使得集热管的换热能力下降,因此应当选择最佳的流体进口温度并尽量减小进口温度波动;当合理选择流体质量流量,既要保证较高的瞬时集热量和瞬时热效率,又能使进出口温差变化明显。
[硕士论文] 肖晶
电气工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本课题主要研究一种光伏光热平台,目的是实现光伏光热的综合利用及其优化控制。主要方法是将太阳能板改装成太阳能集热器,利用流水给温度较高的太阳能板降温,一方面提高光伏板的发电效率,将电能用蓄电池存储,同时可以防止光伏板老化,延长光伏板的使用寿命;另一方面将光伏板产生的废热收集起来利用,给生活热水预热,最后与热泵结合提供生活热水实现光伏光热的综合利用。除此之外还考虑这套系统在集热过程中的动态优化控制,以最大化利用太阳能效率为目的进行优化控制。
  首先,为了研究光伏光热的综合利用搭建了光伏光热基础平台,主要是太阳能集热器,水泵以及热泵的结合。为了研究光伏光热综合利用的性质,在搭建平台的时候考虑各种对光伏光热系统运行有影响的参数,并通过相应的硬件采集平台结合LabVIEW软件编程完成了光伏光热实时监控系统。本课题中,光伏光热监控系统是研究光伏光热综合利用及其优化控制的重要支撑,通过监控系统可以了解各种相关参数如光照,温度,频率等对系统的影响。本论文的内容是在监控系统测量的基础上展开,经过大量数据实测,通过数值与图表观察寻找各参数之间的关系,利用回归分析查找变量内在的联系,将光伏光热系统分模块处理后寻找合适的自变量并建模,以系统获取最大太阳能功率为目标建立目标函数,用MATLAB软件编写最优化程序实现优化控制。
  本文讨论了三种优化算法并进行比较,黄金分割法,抛物线插值法以及基于这两种方法结合的fminbnd函数,最后采用fminbnd函数实现优化控制的算法。通过将MATLAB程序嵌入LabVIEW程序的混合编程实现光伏光热的动态优化控制。最后观察目标函数的取值范围可得出光伏光热综合利用及其优化控制带来的经济效应是可观的。
[硕士论文] 刘爽
热能工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能和风能所代表的新能源,具有储量丰富、分布广泛和清洁干净的优点。目前两种能源利用方式相对独立,同一地区往往只能对单一资源进行利用无法进行优势互补。为了实现对太阳能和风能资源的综合利用,本文构建了聚风发电与聚光太阳能热利用联合系统。该系统同时具有聚风发电和聚光太阳能热利用两种功能,可提高风力发电机的输出功率,同时收集太阳热能用于供热,实用性较好。
  本文主要以实验分析和计算机仿真两种方式对该系统的性能进行研究。实验部分对来流风速在2~7m/s范围内聚风发电输出功率和日照强度在400~900W/m2范围内聚光太阳能热利用的吸热功率进行研究。在来流风速为7m/s的工况下,安装聚风罩后风力发电机输出功率由14.0W升高到25.9W,太阳辐射强度在900W/m2时该系统的集热装置输出功率可达223.0W,实现了太阳能和风能的有效利用。
  仿真分析部分以ANSYSWorkbench15.0为仿真平台,对照实物建立了1∶1的仿真模型对聚风发电的性能进行仿真研究。仿真分析部分没有局限于对空气流经聚风罩后所产生的流场的分析,而是根据叶片扭矩计算出输出功率作为输出性能的评价指标。对比分析了FLUENT多重参考系模型、CFX浸入实体模型、CFX固结转子模型仿真效果,其中CFX固结转子模型模拟结果和实验数据最为吻合。根据仿真计算结果在来流风速为10m/s时该聚风发电模型的输出功率达到52.3W与相同叶轮直径风力发电机相比提高了41.0%。本文的实验和仿真结果为综合利用风能和太阳能提供指导。
[硕士论文] 王婧婧
光学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:当前,全球社会都面临着传统化石能源日趋枯竭这一严峻问题,能源危机成为了困扰人类社会经济发展乃至和平的最大掣肘,开发利用新型能源刻不容缓。太阳能是一系列可再生能源的源头,其储量巨大、分布范围广泛、转换成本较低且使用过程中不产生污染物质,是最适合人类开发的新型能源。光-热转换作为应用范围最广最常见的太阳能利用方式,由于其成本低廉、使用寿命较长而极具优势性,可以在一定程度上缓解太阳能电池材料的巨大需求。
  作为太阳能热利用系统中的核心组成部分,太阳能集热器主要由太阳能聚光器、太阳能吸收器和跟踪驱动系统组成,有时还伴有光伏冷却装置,可以实现从光能到热能的转换。为了提高太阳能热利用系统的效率,需要提高太阳能集热器的性能。
  本文详细地阐述了太阳能热利用系统的分类与工作原理,同时对碟式太阳能集热器进行了设计与分析,并在此基础上设计了一种新型的平面镜拼接式太阳能聚光器,并通过计算机仿真的手段分析了新型聚光器的相关性能,为简化聚光器工艺制造、均匀汇聚光斑提供了一定的思路。本文主要研究工作如下:
  (1)介绍了本文的研究背景与研究意义,说明了太阳能热利用方式的发展潜力与发展动态,对太阳能热发电系统进行了详细地分类与说明,并对太阳能集热器的构成和工作原理进行了简要介绍。
  (2)对太阳能聚光集热系统的相关理论进行了详细地介绍,系统性地讲解了设计与分析聚光、集热系统时所要用到的理论知识,包括太阳角直径、矢量折反射定理、集热器性能分析参数与计算方法,为接下来的研究与设计奠定了理论基础,同时还对仿真所用到的仿真软件进行了简要介绍。
  (3)在传统碟式集热器的基础上设计了不同采光形状的聚光器和不同形状的腔体吸收器,通过计算机仿真的手段分析了相关性能,并与传统碟式集热器的性能进行了比较。
  (4)结合塔式聚光器和碟式聚光器的优点,设计了一种采用六边形平面镜拼接方式的聚光器,通过仿真分析与比较,验证了新型聚光器能够在保证较好聚光性能的基础上有效地简化制造工艺和降低成本。
[硕士论文] 赵凯
电气工程及其自动化 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:电力系统运行的最重要的准则就是安全可靠,但是遇到用电高峰或是异常的恶劣天气,电网经常会出现超负荷运行和电力设施故障等危害。此时,抢修人员需要第一时间做出反应,进行抢修。因此,为确保故障及时消除,我们首先需要考虑的问题就是如何给现场工作和抢修车辆提供稳定可靠的抢修电源。通过研发电力抢修车太阳能辅助能源,减少使用发电机产生的大气污染,达到“废气零排放”的目的。研发电力抢修车太阳能辅助能源系统替代原来的发动机提供抢修电源,成为了本次研究的课题。
  本文通过对常州供电公司变电工程公司2015年电力抢修车和发电机的使用情况现状进行调查,统计得出2015年全年电力抢修车和发电机的汽油消耗和计算出产生废气排放量。通过对便携式移动充电应急电源、天然气发电装置和太阳能辅助能源系统三个方案的价值评估,并且利用应用价值工程法分析计算后,最终确定采用太阳能辅助能源系统的方案。太阳能辅助能源系统整机硬件主要由四部分组成:第一部分:太阳能电池板。第二部分:PWM控制器。第三部分:应急储备蓄电池。第四部分:逆变电源。本文从系统需求与设计、系统框架、各部分功能、光伏电池板的选型和功率四个方面分析了电力抢修车太阳能辅助电源的基本构成。从太阳能控制器的功能和控制原理、逆变器主电路设计、保护电路设计、电池的选型和分析四个方面分析了电力抢修车太阳能辅26助电源的硬件设计。以太阳能系统专用模拟分析软件 PVsyst辅助原理设计、太阳能辅助电源系统设计流程图、典型程序段的设计、不同程序界面的介绍,四个方面分析了电力抢修车太阳能辅助电源的软件设计。然后以整个系统的成品展示、相关实验和分析、发电的一些数据、充电时间、充电前后的电量对比和存在的不足和问题,四个方面介绍了电力抢修车太阳能辅助电源系统研制与实验分析。最后从系统的效率转化、太阳能板的固定和振动影响、恶劣天气下的使用情况,三个方面,对电力抢修车太阳能辅助能源系统的研发进行了总结和展望。
[硕士论文] 康晓波
动力工程 内蒙古工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着社会经济的不断发展,对能源的需求不断增加,能源的大量消耗直接导致了近年全国范围内形势越来越严峻的空气污染问题。太阳能是一种清洁、无害且发展潜力巨大的可再生能源,受到社会各界的青睐。我国太阳能资源较好的地区为西北地区,非常有利于太阳能资源的大规模开发利用,但该地区沙漠化和荒漠化较为严重,多风多沙的气候特点使得风中携带的沙粒会在太阳能光伏组件表面产生沉降、冲蚀等行为。
  利用Fluent中混合模型与DPM模型分别模拟沙尘在光伏组件表面的沉降和冲蚀行为。具体研究内容和结果如下:
  (1)分析沙尘体积分数对光伏组件表面沙尘沉降分布的影响。结果表明:不同入口体积分数时组件表面沙尘的沉降分布是相同的,只是各部分的体积分数不同;最大沉降区的体积分数均为入口体积分数的1.14倍。
  (2)分析来流风速和太阳能光伏组件的安装倾角对光伏组件表面沙尘沉降及冲蚀率分布的影响。结果表明:随风速的增加,组件表面沙尘的沉降分层逐渐明显,最大冲蚀率增大;随安装倾角的增加,沙尘在组件表面的沉降更加均匀,最大冲蚀率减小。
  (3)分析沙尘粒径对光伏组件表面沙尘沉降及冲蚀率分布的影响。结果表明:当光伏组件安装倾角小于45°时,随沙尘粒径的增加,沉降更加均匀;倾角大于45°时,随沙尘粒径的增加,沙尘沉降呈现出分散集中的特点。混合粒径的沉降分布主要由粒径较大的颗粒相决定。随沙尘粒径的增加,最大冲蚀率的变化不大,说明粒径不是影响冲蚀率的主要因素。
  (4)计算组件表面沙尘的沉降量及最大沉降密度。结果表明:随光伏组件安装倾角的增加,沉降量增加;倾角不变时,随风速的增加,沉降量有所减少;最大沉降密度随风速的增加而增大,当安装倾角为45°时,其最大沉降密度达到最大。
  (5)分析风向角对光伏组件表面的冲蚀率分布。结果表明:随风向角的增加,组件表面的冲蚀率呈增大的趋势,在风向角为75°时达到最大值。
  (6)分析沙粒质量流量对光伏组件表面冲蚀率分布的影响。结果表明:随质量流量的增加,最大冲蚀率先增大后波动变化,在质量流量为0.35kg/s时达到最大值。
[硕士论文] 罗刚
动力工程及工程热物理 内蒙古工业大学 2017(学位年度)
摘要:当今社会经济快速发展,能源需求量增幅巨大,开发利用新型可再生清洁能源具有重要意义。随着太阳能的利用广泛,太阳能光热利用技术成为未来太阳能技术发展的必然趋势,其中碟式太阳能热发电效率高发展潜力巨大。而吸热器作为碟式太阳能集热系统中的核心部件,其性能优劣直接影响系统的效率,故研究吸热器的光热性能具有重要意义。本文基于实验室现有碟式太阳能试验台架,以自制的圆柱型和半球型吸热器为研究对象,将Tracepro光学软件和试验测试作为研究手段,分析了不同因素对吸热器热功率和热效率的影响规律。通过研究本文主要得到以下结论:
  吸热器安装反射器后光学效率相比不安装反射器有了显著提高,通过半球和圆锥反射器进行对比发现,圆锥形反射器效果更佳。同时圆柱型吸热器圆锥形反射器半径Ry=80mm、锥角α=130°时,内腔光线分布均匀,光学性能达到了最优。半球型吸热器圆锥形反射器半径Rb=40mm、锥角α=120°时,内腔光线分布均匀,光学性能达到了最优。其中,圆柱型吸热器光学效率整体高于半球型。
  模拟求得吸热器安装距离在540mm~570mm之间变化时系统性能最佳,当d=565mm时圆柱型和半球型吸热器的光学效率分别为88.01%和85.89%,光学性能最佳,当d在525mm~535mm和575mm~585mm范围内变化时,吸热器内腔铜管所吸收的光通量、平均能流密度、光线数目以及吸热器光学效率迅速减少,光学性能较差。通过试验得知吸热器处于理论焦距f=555mm附近温度较高,焦斑形状与理论形状相近,当d=565mm时其温度最高,焦斑最小,能量最为集中,与模拟结果相吻合,是吸热器最佳安装位置。
  流量和直射辐照度是影响碟式太阳能吸热器热功率及热效率的主要因素,热功率及热效率都随流量呈正相关变化。测试过程最佳流量为27.78g/s。热功率随直射辐照度的呈正相关变化,热效率随直射辐照度呈负相关变化。而吸热铜管填涂表面涂层是提高碟式太阳能吸热器热性能的有效方法。在吸热器铜管涂刷表面涂层后系统的热功率和热效率都有了显著提高。且圆柱型腔式吸热器热效率比半球型平均高4%,吸热器热性能更佳。
  通过模拟和试验,在环境温度、辐照度、流量以及内腔铜管吸热面积相同时,圆柱型腔式吸热器热效率均高于半球形腔式吸热器,并且试验与数值模拟结果吻合程度较好。
[硕士论文] 李洪阳
动力工程及工程热物理 内蒙古工业大学 2017(学位年度)
摘要:本文针对槽式聚光集热系统经反射镜聚焦后得到的能流密度分布、集热管遮光、寒冷地区系统高温热损失大、效率低等问题,基于高寒地区气候特点,对槽式集热管能流密度分布、聚光镜优化以及集热器热性能等进行理论分析、仿真模拟以及试验研究。
  针对集热管对聚光镜的遮挡问题,对完整型及非完整型抛物面聚光系统进行模拟,并对其几何参数进行优化,结果表明,当切割宽度小于玻璃管外径时,切割宽度对金属管能流密度分布几乎没有影响;几何聚光比越大、边缘角越小、开口宽度越大、焦距越大、金属管管径越小,金属管表面能流密度的峰值越大;通过正交优化设计试验可知,最优的系统结构参数为:开口宽度2.25m、焦距1m、金属管管径0.04m、反射镜中心切割宽度0.25m,此时聚光性能为最佳。
  通过建立槽式集热器仿真模型,模拟分析影响集热器热效率和?效率的影响因素,引入强化传热因子和强化系数,分析纳米流体传热工质的换热能效,结果表明,优化后集热器的热效率和?效率大于原有装置和完整型抛物面聚光系统;传热工质的强化系数随质量分数、流体进口温度的增加逐渐增大;粒径为10nm、20nm、30nm的纳米流体强化传热因子最大值分别为1.110、1.109、1.103,强化系数最大值分别为1.220、1.217、1.214。
  本文搭建了槽式聚光集热能流密度测量系统,采用朗伯靶和 CCD照相机的非直接测量方法对集热管能流密度分布进行试验研究,分析了晴天及云层遮挡时集热管能流密度分布,结果表明,晴天时集热管表面能流密度随着太阳直射辐照度的增加逐渐增大,能流密度沿管径方向的分布趋势相同,出现两个峰值,支架及设备连线对太阳辐射产生遮挡,使得集热管表面某位置的能流值较小,且随着太阳入射角的减小,被遮挡位置逐渐向管东侧移动;云层遮挡导致集热管能流密度减小。
  本文搭建了槽式聚光集热测试系统,通过实验研究寒冷地区系统的集热性能,测试分析了原有非完整型聚光集热系统的热效率和?效率,并得到槽式聚光集热系统瞬时热效率归一化温差线性方程,结果表明,槽式集热器热效率和?效率的变化趋势与太阳直射辐照度的变化趋势相同;当流体进口温度和环境温度相等即无热损时,集热器瞬时热效率为69.81%,模拟值为73.16%;流体进口温度越高,周围环境温度越低,热损失越大,槽式太阳能集热器的热效率越小。为进一步研究寒冷地区槽式聚光集热器的热性能奠定了理论和试验基础。
[硕士论文] 张丽
光学工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:在能源枯竭的当下,太阳能作为一种清洁无污染并可再生的绿色环保能源,受到了人们越来越多的关注。然而,太阳能的强度及空间分布的不均匀等特性很大程度上限制了太阳能的利用。太阳智能化跟踪技术可以有效的解决这一关键问题,提高对太阳能的利用效率。本文在总结现有太阳自动跟踪系统的特点及工作状态的基础上,提出了一种利用光纤传导技术来实现太阳光跟踪的自动化系统,将利用光纤的选择性导光功能与传统的光电传感器有机结合在一起,且将粗定位与精定位两部分结构合二为一,实现大范围和高精度的跟踪效果,简化了相关的控制系统的设计。具体方案如下:
  在太阳光存在大角度偏角时,首先由粗定位的光纤进行快速跟踪定位,当传感器的中轴线与太阳光线的夹角在精定位的范围内时,由精定位光纤进行微速精确定位,直至传感器中轴线对准太阳光。粗、精定位均由相同的两组光电池进行跟踪,实现了一体化设计,减化了硬件的设计。设计了一种双轴式调整机构,主要由两组步进电机在高度角和方位角两个方向进行稳定准确的定位调整。在硬件电路设计方面,跟踪控制部分是以单片机为控制核心,硬件的配置包括信号处理电路、模数转换和电机驱动电路等,以此来实现长时间高精度的稳定的太阳跟踪。实验结果表明:基于光纤导光的太阳光跟踪系统具有较高的精度与灵敏度,能确保跟踪面法线与太阳光线保持平行,且误差在允许的范围内,能够实现每天150°以上的大范围以及10h左右的自动化太阳跟踪,从而大大提高了对太阳光的接收效率。
[硕士论文] 王宁
动力工程及工程热物理;制冷及低温工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能是一种清洁、高效的能源,在太阳能利用领域商业化程度最高、推广最普遍的是太阳能光热利用。热管式太阳能集热器作为太阳能热利用装置的一种常见形式,其用作热量传输的核心部件为太阳能重力热管。由于太阳辐射存在热流密度波动大以及低热流密度的特点,要求热管必须具备优异的运行启动特性。
  本文提出并研究了一种石墨烯纳米流体热管式太阳能集热器。通过向去离子水中添加石墨烯纳米颗粒制备水基石墨烯纳米流体,用作太阳能重力热管的热管工质,改善太阳能重力热管的启动性能与运行特性。在对石墨烯纳米流体太阳能重力热管运行启动特性研究的基础上,探究石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于热管式太阳能集热器的实际运行性能。本文所做工作主要包括以下几个方面:
  1)纳米流体的制备、稳定性及热物性研究。配制了四种不同质量浓度的水基石墨烯纳米流体,利用分光度计法探究了分散剂添加量对纳米流体稳定性的影响,获取了制备石墨烯纳米流体最佳的分散剂添加量。实验测试了纳米流体的导热系数、粘度、接触角等热物性,并分析了添加纳米颗粒强化基液导热系数的机理。最后结合重力热管的运行特性,耦合分析了导热系数和粘度对热管传热性能的影响,并结合纳米流体的分散稳定性,理论上确定了用作重力热管工质的适宜的纳米流体浓度范围。
  2)纳米流体太阳能重力热管运行启动特性。首先对制作完成的热管进行热管等温性测试,确保其符合实验要求,在热管等温性测试中分析了热管充液量对热管运行启动的影响,确定了适宜的热管工质充液量。通过热管壁温分布实验,达到了“可视化”研究太阳能重力热管的启动过程,模拟太阳能重力热管用于太阳能集热器的实际工作状况,对不同加热功率、不同循环水温、不同倾角下的太阳能重力热管的启动特性做了细致的研究。最后通过热管传热性能对比实验,同时对比研究了不同石墨烯质量浓度的纳米流体热管运行启动性能。
  3)搭建了两种不同热管形式的真空管太阳能集热器实验台。将石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于真空管太阳能集热器,实验研究了这种新的热管形式的真空管太阳能集热器的集热性能,并以去离子水热管式真空管集热器为对照。
  4)在分析热管式真空玻璃管实验台合理性的基础上,搭建了分别应用石墨烯纳米流体热管与去离子水热管的两种热管式平板太阳能集热器实验台。首先对实验系统运行测试,然后开展了两种集热器的并联运行实验,对比分析了这两种集热器的集热性能,并对两种平板集热器的吸热板板温分布进行了分析。
[博士论文] 罗彦
动力工程及工程热物理;热能工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着可再生能源技术在世界范围内的快速发展与推广,直接蒸汽式(DSG)塔式太阳能热发电技术由于低成本、高效率的优势在我国受到广泛关注。针对DSG塔式电站定日镜场聚光模式复杂和电站启机耗时过长的问题,本论文根据水/蒸汽传热流体蒸发和过热过程的传热特性,提出一种由外置式吸热器(蒸发段)和腔式吸热器(过热段)所组成的分段式吸热器,并基于该分段式吸热器的独特结构展开电站系统集成设计与热经济性仿真研究。
  基于分段式吸热器结构建立定日镜场聚光模型并分析其聚光特性。通过聚光热流分配与迭代计算,得到位于西班牙塞维利亚10MWeDSG塔式电站定日镜场最佳设计方案,此时定日镜场整体效率为72.17%,指向蒸发段和过热段的定日镜数量分别为442个和182个,该定日镜场分配方案不仅保证了分段式吸热器表面热流值不超过安全范围,同时可提供蒸发段和过热段各自所需的热量。经计算,年运行工况下,定日镜场效率不完全随着太阳高度角的增加而增加,但全年内分段式吸热器表面最大热流值往往发生在夏至12:00,因此在进行定日镜场和分段式吸热器设计时,需对该时刻下分段式吸热器表面热流进行校验以确保工程安全性。
  建立分段式吸热器热力模型以揭示其运行特性。设计工况下10MWeDSG塔式电站分段式吸热器的热效率为86.55%。通过与双外置式吸热器进行对比,得到分段式吸热器热效率提高了3.2%,对应发电效率提高了0.88%。不同运行时刻下,尽管蒸发段采用外置式吸热器,但由于其表面温度远低于过热段,蒸发段热效率大于过热段约5%-9%;通过动态分配蒸发段和过热段所分别对应的定日镜数量,可维持分段式吸热器出口蒸汽温度为额定值。不同管外径下,减少蒸发段管外径对提高蒸发段热效率几乎没有影响,原因在于管壁导热热阻为主要热阻;而减少过热段管外径能大大提高过热段热效率,原因在于对流换热热阻为主要热阻,综合考虑管内对流和泵功消耗,过热段管外径存在最优值。
  基于分段式吸热器建立DSG塔式电站系统集成模型并对其热经济性进行讨论。在额定发电功率固定为50MWe而土地占用面积可改变的情况下,当太阳倍数和储热时长分别为2.7和9h时,电站标准发电成本(LCOE)最低,为21.4c/kWhe;通过改变电站地理位置可使得年太阳能法向直射辐射强度(DNI)提高55%,电站年发电量提高20.4%,电站最低LCOE降低30.1%,相应的最优太阳倍数降低至2.0;通过逐步改变电站各子系统投资成本进行敏感性分析后得到,最低LCOE受定日镜场和分段式吸热器投资成本变化的影响最大,且最优太阳倍数和储热时长仅随着定日镜场和储热系统投资成本的降低而增加。在土地占用面积固定为4.8km2而额定发电功率可改变的情况下,电站最低LCOE为21.77c/kWhe,对应的太阳倍数为1.7,储热时长为3h;通过改变电站地理位置或电站各子系统投资成本时得到的结论与固定额定发电功率时基本类似,由此可得与电站位置和成本敏感性分析相关的结论通用性较强,受限制域影响不大;通过将固定的土地占用面积由2.15km2逐渐增加至8.11km2时,电站最低LCOE由24.53c/kWhe降低至20.92c/kWhe,但其降低速率在不断减缓,最优太阳倍数和储热时长因电站年发电量和总投资成本变化趋势相对稳定而保持不变。
  为进一步降低DSG塔式太阳能电站储热系统的投资成本,采用“一步法”制备出比热更高且适用于大规模工程应用的纳米盐复合储热材料。当CuO纳米颗粒浓度为0.5wt%时,相对于纯二元硝酸盐,纳米盐复合物在液态状态下比热提高率可达到11.48%,其终止熔化温度提高约3℃,因此该纳米盐复合物更适合作为显热储热材料,但在作为显热储热材料时应注意时刻保持其工作温度高于终止熔点,从而防止出现储热材料凝固等安全事故。基于扫描电子显微镜(SEM)图像,推测低浓度CuO纳米颗粒表面针状纳米结构的半固体层是纳米盐复合物比热提高的原因。通过对该半固体层假设一个合适的比热值,结合修正后的混合物模型,可较为精确地预测低浓度CuO纳米盐复合物的比热。
[硕士论文] 王东旭
机械工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:空间太阳能以其能流密度大、持续稳定、不受昼夜和气候影响等优点而受到国内外学者的广泛关注。随着空间科学技术的发展,空间太阳能电站的建设越来越受到研究人员的重视,本文以OMEGA-SSPS方案为对象,提出了新的球面聚光器网格的均匀生成方法,确定了基础划分单元的口径大小,建立了整体结构的有限元模型并进行了初步的分析与改进,设计了聚光镜模块的展开方式及演示验证实物。具体内容如下:
  (1)为同时兼顾千米量级尺度OMEGA-SSPS聚光系统的在轨发射安装难度、质量、稳定性及结构工艺等多方面的因素,理论分析了多种网格生成方法的优缺点,然后根据OMEGA-SSPS球面聚光器要求分块单元分布均匀、规格类型越少越好的原则,提出了新的球面多边形均匀网格划分方法,得到了以五边形和六边形作为基本剖分图形构建的球形的拓扑形式。
  (2)定量确定了聚光器的光学收集效率与基础划分单元几何尺寸之间的数学关系,并在此基础上合理选取基础划分单元的口径大小,最终得到聚光器的拓扑形式,并采用蒙特卡洛算法仿真验证了聚光器的光学收集效率。
  (3)建立了OMEGA-SSPS有限元结构分析模型。阐述了各子系统结构的设计细节,然后根据结构构型建立有限元结构模型,并分析其模态结果。然后根据模态及振型特征对方案系统设计进行改进,取得了较好的结果。
  (4)提出了可展开的桁—膜子阵结构。依据国内外现有的空间组装技术对OMEGA-SSPS的子系统聚光镜的搭建过程进行了设计,并根据搭建过程所需六边形模块的展开特性,对六边形模块的展开进行了详细的结构设计,实现了模块高展开比,高薄膜精度的展开目标,并设计了演示验证实物。
[硕士论文] 于苗苗
动力工程 内蒙古工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着世界淡水资源的匮乏和化石能源的日益枯竭,利用太阳能聚光集热技术产生热能驱动苦咸水淡化装置生成淡水将是缓减淡水短缺的有效途径之一。尤其在人口密度低,降雨量少、阳光充足的地区进行太阳能苦咸水淡化的意义显而易见。常规使用的多级闪蒸或低温多效苦咸水淡化装置需要一定的规模要求,为此,提出一种可以小规模生产、分布式应用的聚光管式太阳能苦咸水淡化系统,该系统结构简单,维护方便,能够满足偏远地区的淡水需求。
  本文介绍了新型聚光管式太阳能苦咸水淡化系统的结构和工作原理,设计了为管式太阳能苦咸水淡化装置的供能槽式复合多曲面聚光集热器,给出了组成聚光集热器的抛物线方程,利用光学仿真软件对影响聚光器性能的接收体形状、入射偏角、安装误差等参数进行了计算和仿真研究,得到该聚光器的跟踪精度要求。同时,搭建槽式复合多曲面聚光器性能测试试验台,并对带冷却装置的板式太阳能电池接收体的光热性能进行测试。结果表明,在近2倍聚光比条件下,换热工质为水,进水流量为2.41 g/s时,该系统的综合性能效率可达69.88%。
  分析了管式太阳能苦咸水淡化装置内部传热传质过程,给出了理论产水量的计算方法。搭建管式太阳能苦咸水淡化产水性能测试试验台,对影响该装置产水性能的苦咸水水膜厚度、进水流量等分别进行了试验研究,同时对该装置进行了定功率加热过程产水量和温度测试。研究表明,在定功率加热试验中,该装置最大的性能系数为0.80。
  为了提高聚光管式太阳能苦咸水淡化装置的淡水产量,本文探索了强化装置内部传热传质的方法和途径,分别对回热运行工况、负压运行工况、风冷负压运行工况和水冷负压运行工况时的装置淡水产量和蒸发、冷凝温度变化进行了分析研究。结果表明,当运行温度为50℃,运行压力从100kPa减小到75kPa时,淡水产量增加了43%。在水冷负压运行工况下中,当运行温度为70℃,运行压力为75kPa时,装置稳定运行淡产水量为683.8g/h,比同工况下无水冷的产水量提高289%。通过提高蒸发冷凝温差、减少装置内部的不凝气体均可以实现强化装置内部传热传质过程的目的,进而有效地提高装置的淡水产量。
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