抛物面槽式太阳能集热器热损失因素研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21070

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 229-234.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.21070

抛物面槽式太阳能集热器热损失因素研究

徐立¹^,²^,³^,⁴, 孙飞虎¹^,²^,³^,⁴, 李钧¹^,²^,³^,⁴, 张强强²^,³

^1.中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室，北京市海淀区 100190
^2.中国科学院电工研究所，北京市海淀区 100190
^3.中国科学院大学，北京市海淀区 100049
^4.北京市太阳能热发电工程技术研究中心，北京市海淀区 100190

收稿日期:2022-01-15 出版日期:2023-04-30 发布日期:2021-08-13
作者简介:徐立(1984)，男，博士，副研究员，研究方向为太阳能集热器、吸热器性能，电子器件散热和电池热管理等，xuli1@mail.iee.ac.cn；
孙飞虎(1980)，男，博士，助理研究员，研究方向为太阳能定日镜跟踪质量诊断、定日镜场跟踪校正和聚光能流密度分布测量等，sunfeihu@mail.iee.ac.cn；
李钧(1974)，男，博士，助理研究员，研究方向为太阳能热发电及废物清洁处理等，lijun@mail.iee.ac.cn；
张强强(1986)，男，博士，副研究员，研究方向为太阳能吸热器性能评价和太阳能热化学等，zhangqiangqiang@mail.iee.ac.cn。
基金资助:
国家重点研究发计划项目(2019YFE0102000)

Study on Heat Loss Factors of Parabolic Trough Solar Collectors

Li XU¹^,²^,³^,⁴, Feihu SUN¹^,²^,³^,⁴, Jun LI¹^,²^,³^,⁴, Qiangqiang ZHANG²^,³

^1.Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System, Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China
^2.Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China
^3.University of Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100049, China
^4.Beijing Engineering Research Center of Solar Thermal Power, Haidian District, Beijing 100190, China

Received:2022-01-15 Published:2023-04-30 Online:2021-08-13
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2019YFE0102000)

摘要/Abstract

摘要：

将太阳能热发电技术与分布式能源系统相结合，有利于加大可再生能源在能源消费结构中的比重。抛物面槽式太阳能集热器是目前太阳能热发电中应用最为广泛的太阳能-热能转化设备，其运行特性决定了太阳能热发电技术与分布式能源系统中其他能源技术是否能够相互协同。因此，针对影响槽式集热器运行特性的热损失，开展了基于现场的规模化实验系统测试工作，验证了所建槽式集热器数学模型，并且进一步应用该模型对真空区残留气体量、风速和吸热体发射率等因素开展了参数比较分析研究。

关键词: 太阳能热发电(STE), 分布式能源系统, 太阳能集热器, 热损失

Abstract:

Combining solar thermal electricity technology with distributed energy system is conducive to increasing the proportion of renewable energy in the energy consumption structure. Parabolic trough solar collectors are currently the most widely used solar-thermal energy conversion equipment in solar thermal electricity. Their operational characteristics determine whether solar thermal electricity technology and other energy technologies in distributed energy systems can cooperate with each other. Aiming at the heat loss affecting the operation characteristics of the trough collectors, this paper carried out the on-site utility-scale experimental system test, then verified the established mathematical model of the trough collectors, and further applied the model to analyze the parameters of the residual gas volume in the vacuum zone, the wind speed, and the emissivity of the absorber.

Key words: solar thermal electricity (STE), distributed energy system, solar collector, heat loss

中图分类号:

TK 513.1

徐立, 孙飞虎, 李钧, 张强强. 抛物面槽式太阳能集热器热损失因素研究[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 229-234.

Li XU, Feihu SUN, Jun LI, Qiangqiang ZHANG. Study on Heat Loss Factors of Parabolic Trough Solar Collectors[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(2): 229-234.

图/表 10

图1 抛物面槽式太阳能集热器的集热元件热分析

Fig. 1 Thermal analysis on HCE of parabolic trough solar collectors

图2 实验使用的抛物面槽式太阳能集热器

Fig. 2 Parabolic trough solar collectors used in the experiment

图3 传热流体在入口、出口处的实验测量值和在出口处的模拟值

Fig. 3 Measured HTF temperatures at the inlet, and measured and simulated HTF temperatures at the outlet

图4 不同H2压力下传热流体温度沿距集热器入口距离的分布

Fig. 4 Distribution of HTF temperature along distance from collector inlet under different H2 pressures

表1 对于不同H2压力的能量分析

Tab. 1 Energy analysis for different H2 pressures

H₂压力/Pa	q_b，c/kW	q_b，r/kW	$η$ _HTF/%
0.01	1.3	126.0	94.5
10	238.8	114.2	84.9
1 000	293.1	111.4	82.7
100 000	393.6	106.0	78.5

表1 对于不同H2压力的能量分析

Tab. 1 Energy analysis for different H2 pressures

H₂压力/Pa	q_b，c/kW	q_b，r/kW	$η$ _HTF/%
0.01	1.3	126.0	94.5
10	238.8	114.2	84.9
1 000	293.1	111.4	82.7
100 000	393.6	106.0	78.5

图5 不同风速下传热流体温度沿距集热器入口距离的分布

Fig. 5 Distribution of HTF temperature along distance from collector inlet under different wind speeds

表2 对于不同风速的能量分析

Tab. 2 Energy analysis for different wind speeds

风速/(m⋅s^-1)	q_g，c/kW	q_g，r/kW	$η$ _HTF/%
2	121.9	54.8	94.61
4	139.4	38.7	94.55
6	148.3	30.5	94.52
12	161.7	18.0	94.47

表2 对于不同风速的能量分析

Tab. 2 Energy analysis for different wind speeds

风速/(m⋅s^-1)	q_g，c/kW	q_g，r/kW	$η$ _HTF/%
2	121.9	54.8	94.61
4	139.4	38.7	94.55
6	148.3	30.5	94.52
12	161.7	18.0	94.47

图6 不同吸热体发射率乘数下吸热体发射率随温度的变化

Fig. 6 Variation in the absorber emissivity with the absorber temperature under different emissivity multipliers

图7 不同吸热体发射率乘数下传热流体温度沿距集热器入口距离的分布

Fig. 7 HTF temperature distribution along the length from the collector inlet under different emissivity multipliers

表3 对于不同吸热体发射率乘数的能量分析

Tab. 3 Energy analysis for different emissivity multipliers

F_emi	q_g，c/kW	q_g，r/kW	q_b，r/kW	$η$ _HTF/%
0.5	92.6	24.3	64.9	97.2
1	139.4	38.7	126.0	94.5
4	353.1	125.5	426.9	81.7

表3 对于不同吸热体发射率乘数的能量分析

Tab. 3 Energy analysis for different emissivity multipliers

F_emi	q_g，c/kW	q_g，r/kW	q_b，r/kW	$η$ _HTF/%
0.5	92.6	24.3	64.9	97.2
1	139.4	38.7	126.0	94.5
4	353.1	125.5	426.9	81.7

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Study on Heat Loss Factors of Parabolic Trough Solar Collectors

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