太阳能热互补的联合循环发电系统全息集成机制与设计方法

From the system viewpoint of interdiscipline, this project studies the holographic integration theory and the design method of the integrated solar combined cycle (ISCC) power generation system. The energy conversion rule of solar light energy to thermal energy will be investigated, including the steady whole working conditions modes of solar energy collector,the conversion mechanism of solar light energy to thermal energy and the experimental verification of the theoretical modes. the multi-factors coupling holographic characteristics and integration mechanism of the ISCC will be studied, including the holographic characteristics of the main subsystems, the interaction and coupling characteristics between one subsystem and another subsystem, the integration mechanism and method of solar thermal energy complementation and the main factors influencing the holographic characteristics of the ISCC. The ISCC system design and optimization method based on the holographic characteristics will be explored and presented, including the effects of the integration mode of solar eenrgy on the system performance, the rigorous mathematical method of the simutanious design and optimization of ISCC system flowchart and parameters, the concise expression method of the multi-factors coupling holographic characteristics, and the unified quantization evaluation criteria considering the thermal performance, economic performance and environmental performance, building the design and optimization method based on the holographic characteristics and desining the conceptualsystem. This project will firtly propose the the unified quantization evaluation criteria of the holographic characteristics of ISCC. The proposed design method based on the holographic characteristic of ISCC will break through two traditional design frame: the single thermodynamic frame and the design-load frame. The achievements of this project will lay a foundation of the system integration and design theory for the development of the complementary system of solar energy and fossil energy.

本项目从学科交叉系统层面，研究太阳能热互补联合循环发电系统全息集成机制和设计方法。研究太阳能光-热能量传递转换特性规律，含集热器稳态全工况模型、太阳光热转换机制、相关实验以验证理论模型。研究热互补系统多因素耦合全息特性规律和集成机理，含主要单元全息特性、单元间相互作用与耦合特性、热互补耦合机理与方法及影响全息特性主要因素等，揭示热互补系统集成机理。研究太阳能热互补系统全息设计优化方法，含互补方式对系统性能影响机制与表达、热互补系统流程和参数同步设计优化的严谨数理方法及多因素耦合时全息特性简捷表达方法以及热力学、经济性及环保性能等统一量化评价准则等，构建基于全息特性的设计优化方法，并开展相关系统概念性设计研究。本项目率先提出评价热互补系统全息统一量化准则，提出的全息设计理念与方法将突破两个传统框架：单一热力学和设计工况框架。研究成果将为太阳能与化石能源互补系统发展奠定系统集成与设计理论基础。

本项目从学科交叉系统层面，研究太阳能热互补联合循环发电系统全息集成机制和设计方法。研究太阳能光-热能量传递转换特性规律。研究热互补系统多因素耦合全息特性规律和集成机理，揭示热互补系统集成机理。研究太阳能热互补系统全息设计优化方法，构建基于全息特性的设计优化方法，并开展相关系统概念性设计研究。研究结果如下：.（1）建立了典型太阳能集热器（包括槽式、塔式）稳态全工况模型，基于太阳能槽式集热器实验台，开展太阳能集热器单元实验，揭示了太阳能集热器光热能量传递与转换特性，获得了太阳能集热器典型辐照条件下热力特性。.（2）提出了用于定日镜场计算和优化的新方法，根据定日镜场能量转换的特点，进行地形坡度评估、间距优化、基座高度优化，最终优化获得高效合理的定日镜场，为后续太阳能热互补联合循环系统能提供最大能量输入。.（3）研究了太阳能热互补的联合循环系统在典型运行模式下全息特性规律和集成机理，分别为对以燃机、余热锅炉整体以及余热锅炉受热面作为集成载体的三种集成方式下的不同集成方案进行潜力分析，并从热力学第一定律和第二定律的角度对其进行了分析，获得了太阳能热负荷与联合循环系统负荷耦合规律。.（4）基于新的评价准则和设计优化方法，提出了各种高效的太阳能热互补联合循环概念性系统（包括增加蓄热装置的新型ISCC系统与太阳能溴化锂吸收式制冷系统相结合新型ISCC系统等）为太阳能热互补联合循环系统发展提供系统集成优化与设计理论支撑。.（5）研究了外界环境及负荷变化下，太阳能热互补联合循环系统中引起的系统变工况特性，通过采用不同的负荷调节方案，获得了互补系统的多因素耦合全工况特性。.本项目研究成果为进一步提高燃气蒸汽联合循环系统热功转换效率，减少天然气的消耗以及提高太阳能利用效率提出了新途径。