太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)理論與技術(shù)應(yīng)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(shì) 1
1.1.2 中國的能源形勢(shì)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(diǎn) 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(yù)期 6
1.3 現(xiàn)有可再生能源發(fā)電技術(shù) 7
1.3.1 風(fēng)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?zé)岚l(fā)電 9
1.4 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介 11
1.4.1 系統(tǒng)原理 11
1.4.2 系統(tǒng)的特點(diǎn) 13
1.5 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及商業(yè)電站建設(shè)進(jìn)展 14
1.6 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的理論研究進(jìn)展 24
1.6.1 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)理論 24
1.6.2 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的抽力機(jī)制 25
1.6.3 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的流動(dòng)與傳熱理論 25
1.6.4 熱氣流透平的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化技術(shù) 27
1.6.5 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)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(jì)性與可行性研究 29
1.7 中國關(guān)于太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)的研究 29
1.8 尚待進(jìn)一步解決的問題 31
參考文獻(xiàn) 32
第2章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)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(xué)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(shí)際效率 45
2.3.1 傳熱數(shù)學(xué)模型 45
2.3.2 流動(dòng)阻力數(shù)學(xué)模型 47
2.4 程序可靠性驗(yàn)證 49
2.4.1 模型驗(yàn)證程序編制思想 49
2.4.2 西班牙實(shí)驗(yàn)電站數(shù)據(jù)的計(jì)算驗(yàn)證 49
2.4.3 對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證 51
2.5 系統(tǒng)效率理論分析 52
2.5.1 西班牙實(shí)驗(yàn)電站模型計(jì)算結(jié)果 52
2.5.2 商業(yè)電站模型計(jì)算結(jié)果 54
2.6 本章小結(jié) 56
參考文獻(xiàn) 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(yùn)行效率 59
3.2.1 理想循環(huán)效率 59
3.2.2 系統(tǒng)運(yùn)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(jì)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(jié) 73
參考文獻(xiàn) 74
第4章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的流動(dòng)與傳熱特性 76
4.1 概述 76
4.2 流動(dòng)與傳熱特性數(shù)學(xué)模型 77
4.2.1 數(shù)學(xué)模型 77
4.2.2 邊界條件 78
4.3 計(jì)算結(jié)果與分析 81
4.3.1 模型驗(yàn)證 81
4.3.2 系統(tǒng)流場(chǎng) 82
4.3.3 系統(tǒng)運(yùn)行特征 86
4.4 煙囪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)方案 99
4.5.1 設(shè)計(jì)方案1 99
4.5.2 設(shè)計(jì)方案2 101
4.6 本章小結(jié) 102
參考文獻(xiàn) 103
第5章 環(huán)境風(fēng)對(duì)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(xué)模型 107
5.3 環(huán)境風(fēng)對(duì)西班牙實(shí)驗(yàn)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(jié)果分析 110
5.4 環(huán)境風(fēng)對(duì)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(jié)果分析 125
5.5 環(huán)境風(fēng)對(duì)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(jié)果分析 132
5.6 本章小結(jié) 140
參考文獻(xiàn) 141
第6章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能性能 142
6.1 概述 142
6.2 不同蓄熱層的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)熱性能 143
6.2.1 物理數(shù)學(xué)模型 143
6.2.2 蓄熱層的物性對(duì)系統(tǒng)的影響 144
6.2.3 空氣流速對(duì)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(chǔ)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(xué)模型 149
6.4 計(jì)算方法 155
6.5 驗(yàn)證 156
6.6 計(jì)算結(jié)果與分析 157
6.6.1 蓄熱材料對(duì)系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 157
6.6.2 水層厚度對(duì)系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 158
6.6.3 水層面積對(duì)系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 161
6.6.4 水層位置對(duì)系統(tǒng)發(fā)電性能的影響 162
6.7 本章小結(jié) 163
參考文獻(xiàn) 163
第7章 風(fēng)能-太陽能熱氣流綜合集成發(fā)電系統(tǒng) 165
7.1 我國風(fēng)電特點(diǎn) 165
7.2 我國大規(guī)模風(fēng)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(fēng)電場(chǎng)可調(diào)度性 166
7.3 解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)途徑 167
7.3.1 互補(bǔ)發(fā)電技術(shù) 167
7.3.2 大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù) 167
7.4 風(fēng)能-太陽能熱氣流集成儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù) 168
7.4.1 方案的提出 168
7.4.2 基本結(jié)構(gòu)組合 169
7.4.3 系統(tǒng)特點(diǎn) 170
7.5 數(shù)學(xué)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(dòng)與傳熱數(shù)學(xué)模型 171
7.5.3 蓄熱系統(tǒng)流動(dòng)與傳熱數(shù)學(xué)模型 172
7.5.4 定解條件與求解 172
7.6 計(jì)算結(jié)果與分析 173
7.6.1 系統(tǒng)出力控制方法 173
7.6.2 10MW級(jí)綜合發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 174
7.6.3 100MW級(jí)大規(guī)模綜合發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 175
7.6.4 400MW級(jí)大規(guī)模綜合發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 177
7.6.5 不同類型風(fēng)力發(fā)電互補(bǔ)或儲(chǔ)能模式比較 179
7.7 本章小結(jié) 180
參考文獻(xiàn) 180
第8章 基于太陽能熱氣流系統(tǒng)的空氣取水技術(shù) 182
8.1 空氣取水技術(shù)的基本原理 182
8.1.1 空氣取水技術(shù)原型 182
8.1.2 空氣取水機(jī)理分析 183
8.1.3 環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(xué)模型 188
8.2.3 模型驗(yàn)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(jìn)氣流速 201
8.4.2 凝結(jié)高度 203
8.4.3 凝結(jié)水的質(zhì)量流量 204
8.4.4 風(fēng)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(jié) 213
參考文獻(xiàn) 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(zhuǎn)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(jié) 226
參考文獻(xiàn) 226
第10章 太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析 229
10.1 概述 229
10.2 成本預(yù)測(cè)模型 229
10.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型 229
10.2.2 系統(tǒng)造價(jià)模型 229
10.2.3 系統(tǒng)發(fā)電成本模型 230
10.3 計(jì)算結(jié)果與分析 231
10.3.1 10MW系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 231
10.3.2 50MW系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果 235
10.4 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性 236
10.4.1 不同類型電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 236
10.4.2 不同類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)對(duì)比 237
10.4.3 不同容量系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 238
10.5 本章小結(jié) 238
參考文獻(xiàn) 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(xiàn) 249
附錄 2003～2018年發(fā)表的與本著作相關(guān)的代表性專著與論文 251