一种有显著效益的新型真空集热管热性能研究

时间:2018-12-12 15:10来源:太阳能光热联盟
  为促进太阳能热利用相关专业研究生们的学术交流,11月29-30日,国家太阳能光热产业技术创新战略联盟和中国可再生能源学会太阳能热发电专委会(筹)在清华大学建筑学院召开了第八届太阳能热利用科学技术研究生论坛(简称论坛)。
  在论坛上,中国科学技术大学中科院太阳能光热利用综合研究示范中心王其梁同学作了题为《带内遮热板的真空集热管热性能实验与模拟研究》的报告,并荣获得优秀论文二等奖。他在报告中表示:辐射散热是槽式太阳能真空集热管热损失的主要因素,在集热管内放置辐射遮热板可使集热管在较高运行温度时有效降低集热管散热损失;他对两种内表面为不同发射率涂层的辐射遮热板对高温真空集热管热性能的影响进行研究;基于实验与模拟研究结果,设计的一种带内辐射屏蔽的高温太阳真空接收器代表中国科学技术大学获得2017年第45届日内瓦国际发明展最高奖——特别金奖。
  以下是其报告的主要内容,以供参考:
  一、槽式太阳能聚光集热技术发展的拦路虎:热量损失
  以拉萨夏至日典型气象参数为例,槽式光热发电系统的主要损失有:
  在夏至日,每天集热场每平方米热损为 3.2 kW•h/㎡,其中光学几何损失占比71.9%,管路损失7.1%,集热管热损占比21.0%。集热管热损作为集热终端部分的损失,代价非常昂贵,热损的大小可使得集热效率浮动2%-4%。 
  基于以上原理,我们设计了一种带内辐射屏蔽的高温太阳真空接收器装置,来减少槽式太阳能真空管的热量损失。
  二、原理和设计
  1、负能流区
  2、带遮热板的高温真空集热管
  三、实验及模拟结果
  1、模型建立
  2、实验验证
图:传统集热管(TER)随内管温度变化的总热损和外玻璃管温度图(模拟和实验)
图:新型集热管(NER)随内管温度变化的总热损和外玻璃管温度图(模拟和实验)
  3、性能分析
  4、参数分析
图:不同环境温度对集热管热损和外管温度的影响
图:不同风速对集热管热损和外管温度的影响
图:遮热板内表面涂层发射率
  四、经济效益 
  以上研究结果表明,设定环境温度15℃、风速0m/s、太阳辐照800W/m2,集热温度低于277℃时,两种新集热管会增大集热管辐射热损,但内表面发射率较高的集热管性能优于发射率较低的集热管;当高于277℃时,两种新集热管均能减少集热管辐射热损,但内表面发射率较低的集热管性能优于发射率较高的集热管。当集热温度在500℃时,两种新集热管分别会减少热损22.6%,17.3%。
  通过使用美国国家可再生能源实验室开发的SAM(System Advisor Model)槽式光热电站性能模拟软件,模拟了新型集热管对槽式光热发电系统经济性的影响。SAM软件模拟结果如下(人民币与美元汇率按6.5换算):
  设置一个装机容量为100MW带6小时熔融盐储能装置槽式光热电站模型,用新型管的槽式发电系统比原型管的发电系统实际和名义成本分别下降了5.2%和4.8%,年发电量增加了5.1%。
  因为该新型管的槽式发电系统带来显著的经济效益,其High-Temperature Solar Evacuated Vacuum Receiver with Inner Radiation Shield代表中国科学技术大学获得2017年第45届日内瓦国际发明展最高奖——特别金奖。

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