太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)理論與技術應用

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 能源、環(huán)境與氣候變化問題 1
1.1.1 世界能源形勢 1
1.1.2 中國的能源形勢和挑戰(zhàn) 3
1.2 我國可再生能源的現(xiàn)狀與發(fā)展 4
1.2.1 我國可再生能源資源和特點 4
1.2.2 非水能可再生能源發(fā)電現(xiàn)狀 5
1.2.3 我國可再生能源發(fā)展預期 6
1.3 現(xiàn)有可再生能源發(fā)電技術 7
1.3.1 風力發(fā)電 7
1.3.2 太陽能光伏發(fā)電 8
1.3.3 太陽能高溫熱發(fā)電 9
1.4 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)簡介 11
1.4.1 系統(tǒng)原理 11
1.4.2 系統(tǒng)的特點 13
1.5 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)實驗系統(tǒng)及商業(yè)電站建設進展 14
1.6 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的理論研究進展 24
1.6.1 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力學理論 24
1.6.2 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的抽力機制 25
1.6.3 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的流動與傳熱理論 25
1.6.4 熱氣流透平的設計及其優(yōu)化技術 27
1.6.5 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)儲能特性研究 28
1.6.6 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性與可行性研究 29
1.7 中國關于太陽能熱氣流發(fā)電技術的研究 29
1.8 尚待進一步解決的問題 31
參考文獻 32
第2章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力學性能 42
2.1 概述 42
2.2 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)熱力學分析 42
2.2.1 熱力過程描述 42
2.2.2 系統(tǒng)透平軸功 44
2.3 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)實際效率 45
2.3.1 傳熱數(shù)學模型 45
2.3.2 流動阻力數(shù)學模型 47
2.4 程序可靠性驗證 49
2.4.1 模型驗證程序編制思想 49
2.4.2 西班牙實驗電站數(shù)據(jù)的計算驗證 49
2.4.3 對現(xiàn)有文獻的預測模型進行計算驗證 51
2.5 系統(tǒng)效率理論分析 52
2.5.1 西班牙實驗電站模型計算結果 52
2.5.2 商業(yè)電站模型計算結果 54
2.6 本章小結 56
參考文獻 56
第3章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)化 59
3.1 概述 59
3.2 理想循環(huán)效率和系統(tǒng)運行效率 59
3.2.1 理想循環(huán)效率 59
3.2.2 系統(tǒng)運行效率 63
3.3 提高系統(tǒng)效率的方法 65
3.3.1 透平效率的影響 65
3.3.2 煙囪高度和直徑的影響 66
3.3.3 集熱棚直徑的影響 67
3.3.4 太陽輻射的影響 68
3.3.5 環(huán)境溫度的影響 69
3.4 系統(tǒng)效率的影響因素定量分析 70
3.4.1 影響因素分析 70
3.4.2 發(fā)電功率影響因素分析 71
3.4.3 用于計算的參數(shù)選擇方法 71
3.4.4 六條因素的大致影響范圍 72
3.5 本章小結 73
參考文獻 74
第4章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的流動與傳熱特性 76
4.1 概述 76
4.2 流動與傳熱特性數(shù)學模型 77
4.2.1 數(shù)學模型 77
4.2.2 邊界條件 78
4.3 計算結果與分析 81
4.3.1 模型驗證 81
4.3.2 系統(tǒng)流場 82
4.3.3 系統(tǒng)運行特征 86
4.4 煙囪結構的優(yōu)化設計 90
4.4.1 基于相同底部直徑的不同煙囪形狀的影響 90
4.4.2 基于相同表面積的不同煙囪形狀的影響 93
4.4.3 煙囪高徑比的影響 95
4.5 10MW模型設計方案 99
4.5.1 設計方案1 99
4.5.2 設計方案2 101
4.6 本章小結 102
參考文獻 103
第5章 環(huán)境風對太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的影響 106
5.1 概述 106
5.2 數(shù)學模型 107
5.3 環(huán)境風對西班牙實驗電站的影響 108
5.3.1 物理模型 108
5.3.2 邊界條件 109
5.3.3 數(shù)值模擬結果分析 110
5.4 環(huán)境風對大型太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的整體影響分析 124
5.4.1 物理模型 124
5.4.2 邊界條件 125
5.4.3 數(shù)值模擬結果分析 125
5.5 環(huán)境風對大型太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)煙囪出口的影響 131
5.5.1 物理模型 131
5.5.2 邊界條件 132
5.5.3 結果分析 132
5.6 本章小結 140
參考文獻 141
第6章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的儲能性能 142
6.1 概述 142
6.2 不同蓄熱層的動態(tài)儲熱性能 143
6.2.1 物理數(shù)學模型 143
6.2.2 蓄熱層的物性對系統(tǒng)的影響 144
6.2.3 空氣流速對蓄熱層性能的影響 145
6.3 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的儲熱性能及其發(fā)電特性 147
6.3.1 物理模型 147
6.3.2 數(shù)學模型 149
6.4 計算方法 155
6.5 驗證 156
6.6 計算結果與分析 157
6.6.1 蓄熱材料對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 157
6.6.2 水層厚度對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 158
6.6.3 水層面積對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 161
6.6.4 水層位置對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 162
6.7 本章小結 163
參考文獻 163
第7章 風能-太陽能熱氣流綜合集成發(fā)電系統(tǒng) 165
7.1 我國風電特點 165
7.2 我國大規(guī)模風力發(fā)電面臨的問題 165
7.2.1 電網(wǎng)穩(wěn)定性問題 165
7.2.2 風電場可調(diào)度性 166
7.3 解決大規(guī)模風電并網(wǎng)的技術途徑 167
7.3.1 互補發(fā)電技術 167
7.3.2 大規(guī)模儲能技術 167
7.4 風能-太陽能熱氣流集成儲能發(fā)電技術 168
7.4.1 方案的提出 168
7.4.2 基本結構組合 169
7.4.3 系統(tǒng)特點 170
7.5 數(shù)學物理模型 171
7.5.1 物理模型 171
7.5.2 集熱棚和煙囪內(nèi)流動與傳熱數(shù)學模型 171
7.5.3 蓄熱系統(tǒng)流動與傳熱數(shù)學模型 172
7.5.4 定解條件與求解 172
7.6 計算結果與分析 173
7.6.1 系統(tǒng)出力控制方法 173
7.6.2 10MW級綜合發(fā)電系統(tǒng)計算結果 174
7.6.3 100MW級大規(guī)模綜合發(fā)電系統(tǒng)計算結果 175
7.6.4 400MW級大規(guī)模綜合發(fā)電系統(tǒng)計算結果 177
7.6.5 不同類型風力發(fā)電互補或儲能模式比較 179
7.7 本章小結 180
參考文獻 180
第8章 基于太陽能熱氣流系統(tǒng)的空氣取水技術 182
8.1 空氣取水技術的基本原理 182
8.1.1 空氣取水技術原型 182
8.1.2 空氣取水機理分析 183
8.1.3 環(huán)境和經(jīng)濟效益分析 185
8.2 模型描述 186
8.2.1 物理模型 186
8.2.2 數(shù)學模型 188
8.2.3 模型驗證 192
8.3 空氣取水特性分析 193
8.3.1 可行性分析 193
8.3.2 有效性分析 198
8.4 系統(tǒng)參數(shù)敏感性分析 200
8.4.1 煙囪進氣流速 201
8.4.2 凝結高度 203
8.4.3 凝結水的質(zhì)量流量 204
8.4.4 風力透平的輸出功率 205
8.4.5 水力透平的輸出功率 207
8.4.6 系統(tǒng)總輸出功率 209
8.4.7 系統(tǒng)發(fā)電效率 210
8.5 本章小結 213
參考文獻 213
第9章 基于太陽能熱氣流系統(tǒng)的溫室氣體大規(guī)模移除 215
9.1 概述 215
9.2 基于太陽能熱氣流系統(tǒng)的溫室氣體大規(guī)模移除性能 215
9.3 大尺度大氣溫室氣體光催化轉化 219
9.4 太陽能熱氣流系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量交換 220
9.5 討論 222
9.6 本章小結 226
參考文獻 226
第10章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析 229
10.1 概述 229
10.2 成本預測模型 229
10.2.1 系統(tǒng)結構預測模型 229
10.2.2 系統(tǒng)造價模型 229
10.2.3 系統(tǒng)發(fā)電成本模型 230
10.3 計算結果與分析 231
10.3.1 10MW系統(tǒng)計算結果 231
10.3.2 50MW系統(tǒng)計算結果 235
10.4 系統(tǒng)的技術經(jīng)濟可行性 236
10.4.1 不同類型電站技術經(jīng)濟性對比 236
10.4.2 不同類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)技術對比 237
10.4.3 不同容量系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性對比 238
10.5 本章小結 238
參考文獻 239
第11章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的未來發(fā)展展望 241
11.1 概述 241
11.2 海水淡化 242
11.3 城市污染治理 243
11.4 干旱地區(qū)的下沉氣流能源塔 246
參考文獻 249
附錄 2003～2018年發(fā)表的與本著作相關的代表性專著與論文 251