太阳能品位间接提升的多能源互补系统集成研究

本项目围绕太阳能集热与能量传递转换之间品位匹配的核心科学问题，研究中低温太阳能（<400C）和化石能源互补的能量品位梯级利用机理和系统集成，特别是与燃气轮机总能系统互补的能量系统集成。展开互补机理、关键过程和系统集成等三个层面的研究工作，内容包括多能源品位互补的能量转换机理和梯级利用关系；太阳能集热及热转换关键过程与系统整体的耦合关系及影响规律；中低温太阳能集热与燃气轮机动力系统的能量互补匹配方法和系统集成方案等。借助燃气轮机中燃料化学能高温转化优势、及中低温太阳能集热装置低成本和良好的集热性能优势，实现中低温太阳能能量品位的提升并其低成本高效热功转换；同时减少化石燃料消耗及相应的污染物排放；进而探讨系统中能量转换与环境一体化的系统集成理论和方案，从而达到中低温太阳能高效热功转换并化石燃料清洁利用的双重目的。

本研究基于能量梯级利用基本原理，将其延伸为总能系统中多种不同形式能量的品位互补、综合梯级利用，首次对太阳能品位间接提升的多能源互补系统进行了全面系统的研究。围绕太阳能集热与能量传递转换之间品位匹配的核心科学问题，研究中低温太阳能和化石能源互补的能量品位梯级利用机理和系统集成，特别是与燃气轮机总能系统互补的能量系统集成。展开互补机理、关键过程和系统集成等三个层面的研究工作，借助燃气轮机中燃料化学能高温转化优势、及中低温太阳能集热装置低成本和良好的集热性能优势，实现中低温太阳能能量品位的提升并其低成本高效热功转换；同时减少化石燃料消耗及相应的污染物排放；进而探讨系统中能量转换与环境一体化的系统集成理论和方案，从而达到中低温太阳能高效热功转换并化石燃料清洁利用的双重目的。. 主要研究进展包括：1）品位互补、梯级转化的能量利用机理研究：提出了中低温太阳能品位间接提升概念与方法；建立了太阳能集热与燃料化学能互补的能量品位关联式；揭示了太阳能品位间接转换提升与化石燃料化学能品位降低的相关性；研究了不同品位能量分级转化的内在关联、相互影响和㶲损失减小机制。2)关键过程与系统整体耦合关系及能量互补规律研究：研究了太阳能集热及热转换关键过程与系统整体的耦合关系及影响规律；提出了把品位互补利用与热力循环有机整合的途径与方法；开展了包括关键参数敏感性分析、多技术方案比较和热力经济性能的优化综合分析等。3)品位互补梯级转化的系统集成理论和方案：探讨了以能的综合梯级利用为核心的太阳能与化石燃料品位互补的系统集成思路和方法；研究提出了基于中低温太阳能和化石燃料品位互补、梯级转化的系统集成方案。将能量转换利用与分离CO2有机结合，总结能源环境一体化的系统集成规律。. 研究成果获得一项国际会议最佳论文奖，发表学术论文24篇（含国际会议特邀报告1篇，国际学报论文8篇，其中一篇入选 Elsevier Most Read Energy Articles Top 25），申请发明专利3项（均已公开），2名研究生获得工学博士学位，并获人才培养方面2项奖项。项目负责人获邀撰写英文学术专著一章，担任由中国工程热物理学会主办的国际能源与环境领域系列学术会议 ECOS 2013 组委会主席，并获邀担任国际能源（Energy）学报特邀编委，及ASME IMECE 国际会议Track负责人等学术职务。