槽式太阳能聚光器结构设计与优化毕业论文

 2022-06-21 11:06

论文总字数:13682字

 

毕业设计(论文)开题报告

 

 

学生姓名: 张陈杰 学 号: 12011013030

所在学院: 机械与动力工程学院

专 业: 机械工程及其自动化

设计(论文)题目: 槽式太阳能聚光器结构设计与优化

指导教师: 杨谋存

 

 

 

 

 

 

 

 

2015 年 3 月 10 日

 

开题报告填写要求

 

1.开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;

2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;

3.“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);

4.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“

 

 

 

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:

槽式太阳能聚光器支架结构优化开题报告

1.1现代能源概况

1.1.1能源现状

能源是人类赖以生存的物质基础,是驱动机器,生产工业、生活必须品的动力源头,小到灯泡,大到航空母舰,都需要能源。但是随着经济与社会的发展,有限的能源和与日俱增的对能源的需求成为一对无法调和的矛盾。据世界能源委员会的预测,按目前已知的能源储量和消耗速度,石油将于43年后用尽,天然气会在66年后完全枯竭,而储量最为丰富的煤炭也仅够开采169年,世界能源危机日益迫近[1],就我国而言,虽然我国拥有较为丰富的石油、天然气及煤炭等化石能源储备,其中煤炭占世界总储量的13%仅低于美国及俄罗斯,但是伴随着我国经济的高速发展,能源消耗水涨船高。据统计就我国已探明的可开发能源近可维持183.8年,其中原煤114.5年,天然气49.3年,原油更是只有20.1年[2],能源危机将成为我国经济腾飞的瓶颈。

1.1.2太阳能介绍

日渐临近的能源危机与日益恶化的环境都强烈要求人类开发新能源。据国际能源署统计,到2030年世界能源需求将比2013年多50%,而化石燃料带来的严重的生态问题致使人类生存空间受到严峻挑战这使得寻找并开发新能源受到世界各国的重视。许多发达国家和经济体均制定可再生能源发展战略。欧盟在2007年规划到2020年,能源消耗结构中可再生能源占20%,占发电总量的30%[3],而我国在2007年制定的《可再生能源中长期发展计划》中,要求在2020年可再生能源占发电比例的15%以上[4]。据统计,从上个世纪90年代开始,太阳能、风能发电每年涨幅超过20%,相比之下全球煤炭发电量每年仅涨1%,可见新能源具有广阔的发展前景[5]。

就我国而言,现今的能源结构以火电为主,水电为辅[6]。但火电产生温室气体,硫化物污染环境,水电破坏生态平衡如影响鱼类洄游产卵致使部分珍稀鱼类灭绝,甚至诱发地震,核电难以控制,要是稍有差错,后果不堪设想,如日本福岛核电站事故及前苏联切尔诺贝利事件,影响时间长达几个世纪。而风电的应用受气候及地理位置影响大,且不稳定。可是太阳能却有着其他能源不可比拟的优点:

1、能源储量丰富

太阳每年辐射到地球上的能量高达,相当于亿吨标准煤,而按这样的消耗速度,太阳至少能维持600亿年。

2、普遍存在于各地

因为地理和气候方面的原因,风力和水力发电受到限制,可太阳能却存在与地球大部分地区。

3、清洁、无污染

同化石燃料不同,在利用太阳能发电过程中,几乎不会引起任何环境的污染,是环境友好型能源。

4、经济性

太阳能不存在任何的私有性,任何人都可以使用;另一方面,随着社会科技的发展,太阳能发电的成本将不断下降,经济性日益显著[7~8]

1.2太阳能热发电技术介绍

太阳能热发电是利用聚光器将太阳光集中起来以达到较高温度,并利用此温度对导热介质进行加热,介质经过热交换系统加热水产生高温高压水蒸气驱动发电机组发电。太阳能热发电技术主要分为槽式、塔式和碟式三种系统[9~11]。

1.2.1塔式

塔式太阳能聚热器是在接收塔周围安装大量可追踪太阳的定日镜,将太阳光线集中于塔顶的接收器,以加热其中的工质。其聚光比可达到200~1000,最高可将工质加热到1000℃以上[12~13]。

图1.1塔式太阳能系统示意图

1.2.2碟式

碟式聚热器利用旋转抛物面的反光镜将太阳光集中于焦点处,以加工位于该处的工质,聚光比高,可达到1000~4000之间,单碟运行温度高达750℃,多碟更是达到了1500℃。蝶式集热器温度高于塔式或槽式,并且发电效率高达30%[14~18]。

1.2.3槽式

槽式聚热器利用抛物面聚光镜面将垂直抛物面开口的光线聚焦于抛物面焦线,焦线处产生高温加热安装于焦线上的集热管中的工质。聚光比在10~100之间,温度可达400℃以上[19~21]。

图1.2蝶式太阳能系统示意图

三种热发电技术比较:

《中国新能源可再生能源1999白皮书》对三种热发电技术进行了全面的比较见表1.1:

表1.1 槽式、塔式与蝶式热发电技术比较

项目

槽式

塔式

蝶式

规模

30MW~320MW

5KW~25KW

10MW~25KW

运行温度

390/734

750/1382

565/1049

年容量因子

23%~50%

25%

20%~77%

峰值效率

20%

24%

23%

年净效率

11%~16%

12%~25%

7%~20%

商业化情况

已商业化

试验模型

示范

技术开发风险

可否储能

有限制

蓄电池

可以

互补系统设计

成本 美元/

63~275

3100~320

475~200

美元/W

4.0~2.7

12.6~1.3

4.4~2.5

美元/峰瓦

4.0~1.3

12.6~1.1

2.4~0.9

由上表可知,虽然塔式和碟式系统聚光比高,能达到较高温度,但不易做成大规模发电系统,相反槽式太阳能集热器易做成大规模发电系统;碟式和塔式系统尚处于试验、示范阶段,而槽式系统早在90年代便已大规模投入发电,这使得槽式集热系统技术成熟,开发风险低;此外槽式系统的发电成本也大大低于其它两种;并且槽式系统容易与其它化石燃料形成混合系统发电,这样可使得系统能稳定发电,不必因为阴雨天气断电而给电网带来不便。

综上,就当今而言槽式太阳能聚热系统性能大于塔式和碟式太阳能聚热系统。

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