碟式斯特林太阳能热发电的技术发展_朱辰元

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基于碟式太阳能热发电系统的热电联供技术研究

基于碟式太阳能热发电系统的热电联供技术研究引言：能源危机和环境保护是当今全球面临的重大挑战。

解决这些问题的关键之一是开发可再生能源，如太阳能。

太阳能发电是一种环保、可持续的能源选择，但传统太阳能电池在转化效率和稳定性方面仍然面临一些问题。

因此，研究人员一直在寻找新的途径来提高太阳能的利用效率。

本文将着重介绍基于碟式太阳能热发电系统的热电联供技术研究。

1. 碟式太阳能热发电系统的原理碟式太阳能热发电系统又被称为太阳碟发动机，其基本原理是将碟式聚光器（集热器）利用太阳能将光能聚焦在一个小区域上，使得该区域能量密度极高，并通过吸热转化为热能。

碟式聚光器通常由多个镜片组成，可以跟踪太阳运动以最大程度地吸收太阳能。

通过驱动发电机或蒸汽涡轮，将热能转化为电能，实现太阳能的高效利用。

2. 碟式太阳能热发电系统的优势与传统的平板太阳能电池相比，碟式太阳能热发电系统具有以下几个优势：（1）高效：碟式聚光器将太阳能聚集在一个小区域内，光线密度大大提高，可以实现较高的转换效率。

（2）稳定性：由于碟式太阳能热发电系统可以自动跟踪太阳运动，因此可以在不同时间、不同角度下都能够吸收到最大量的太阳能，这使得系统的稳定性更高。

（3）灵活性：碟式聚光器可以根据需求进行调整，以适应不同聚光倍率和功率要求，从而满足各种应用场景的需求。

3. 碟式太阳能热发电系统的应用（1）热电联供系统：碟式太阳能热发电系统可以同时产生电能和热能。

在热电联供系统中，热能可以用于供暖、热水或其他加热需求，电能可以用于满足建筑物的电力需求。

这种方法不仅提高了能源利用效率，还减少了对传统能源的依赖。

（2）工业生产：碟式太阳能热发电系统可以应用于工业生产，例如太阳能热镀膜系统、太阳能热炉等。

这些系统可以利用太阳能提供高温热源，满足工业生产中的高温需求。

（3）农业应用：碟式太阳能热发电系统还可以被用于温室农业，提供充足的热能和电能，为植物的生长提供合适的环境。

4. 碟式太阳能热发电系统的研究进展当前，关于碟式太阳能热发电系统的研究主要集中在以下几个方面：（1）改进聚光器设计：研究人员正在改进碟式聚光器的材料和结构，以提高其聚光效率和耐候性。

碟式斯特林太阳能热发电系统1

碟式斯特林太阳能热发电系统
汇报说明
一、碟式斯特林太阳能发电系统系统概述
碟式斯特林太阳能热发电系统包括聚光器、接收器、热机、支架、跟踪控制系统等主要部件。

系统工作时,从聚光器反射的太阳光聚焦在接收器上,热机的工作介质流经接收器吸收太阳光转换成的热能,使介质温度升高,即可推动热机运转,并带动发电机发电。

斯特林热发电系统的效率非常高,最高光电转换效率可达30%，其单机容量较小,一般在5～25kW之间,适合建立分布式能源系统,特别是在农村或一些偏远地区具有更强的适应性。

二、华电电科院开展的碟式斯特林太阳能发电项目介绍
华电电科院计划在青海格尔木建设一个98kWp（10台10kW）的斯特林光热电站，嵌入到在整个10MW光伏电站中。

每台斯特林发电系统都配有整流器，将输出的400V/50Hz的交流电整流成直流电，如图所示，然后10台为一组配逆变器，将输出电能逆变成符合电网要求的交流电，最后通过变压器将电压升直10kV，送入高压电网。

三、与华电电科院合作前景
碟式斯特林热发电系统的发电效率是光伏发电的2倍左右，成本约4万元/千瓦，实现国产化后，成本可降到2万元/千瓦，届时成本和光伏相当，而其发电量是光伏的2倍，按目前国家实行的1元/kWh上网电价，其利润较光伏发电高很多，应用前景广阔。

目前，华电电科院已经和瑞典厂家签订了12台斯特林发电机购买协议，其中10台用于在青海格尔木建设一个98kW的光热电站，另外2台放在其负责的国家能源局分布式能源中心研究核心部件的国产化技术。

集团公司拥有良好的机械加工基础，可以和华电电科院共同开展斯特林发电机的国产化合作，抢占国内光热发电市场。

蝶式太阳能热发电系统的技术创新与国际合作机制

蝶式太阳能热发电系统的技术创新与国际合作机制随着全球能源需求不断增长和环境问题的日益严重，可再生能源已成为解决能源危机和减少碳排放的重要途径。

在所有可再生能源中，太阳能光热发电被广泛认为是最具潜力的代表之一。

而蝶式太阳能热发电系统作为一种新型的太阳能热发电技术，其技术创新和国际合作机制的发展至关重要。

蝶式太阳能热发电系统是近年来涌现的一种基于太阳能的集热、蓄热和发电的系统。

该系统通过聚光镜反射太阳光的热能并集中到集热管上，利用集热管中的工质传递热量，并在发电机组中将热量转化为电能。

与传统的太阳能光热发电系统相比，蝶式太阳能热发电系统有着更高的光热转换效率和更低的成本。

技术创新是推动蝶式太阳能热发电系统发展的关键因素之一。

目前，该系统的关键技术主要包括聚光镜的设计与制造、集热管的热传导性能、工质的选择和发电机组的设计等。

在聚光镜方面，通过采用复合材料和光学镀膜等创新技术，可以提高聚光镜的反射效率和抗腐蚀性能。

在集热管方面，通过改良材料的热传导性能和管壁结构的设计，可以提高集热管的热能吸收和传递效率。

在工质的选择方面，研发高效的热媒介是关键，以确保热能能够快速、稳定地传递到发电机组中。

此外，发电机组的设计也需要不断创新，以提高发电效率和降低成本。

蝶式太阳能热发电系统的技术创新不仅需要国内的研发力量，还需要与国际社会的合作共享经验和资源。

国际合作机制为技术创新提供了广阔的平台。

各国可以通过合作开展技术研发和实验验证，并分享各自在材料、工艺、设计和运营方面的最佳实践。

同时，国际合作还可以促进技术标准的统一和共享知识产权的保护，加快蝶式太阳能热发电系统的推广和普及。

在国际合作机制中，各国政府、企业和研究机构扮演着不可或缺的角色。

政府应加大对蝶式太阳能热发电系统技术创新的支持力度，提供资金和政策支持，鼓励企业和研究机构参与国际合作。

同时，企业应积极参与技术研发和市场拓展，推动技术创新向商业化和产业化方向发展。

碟式斯特林太阳能热发电系统接收器聚热技术

碟式斯特林太阳能热发电系统接收器聚热技术朱辰元;孙海英;梁伟青;杨戈尔;张建敏【摘要】接收器在碟式斯特林太阳能热发电系统的能量转换效率中起着重要的作用.介绍了接收器的一般分类和结构特点,并利用12m聚光碟进行有关接收器在不同尺寸下的内部聚热量和温度分布等相关研究.试验结果表明,在相同条件下,接收器内聚热量的大小取决于聚光碟的聚焦能力和接收器的结构尺寸,接收器的深度和聚热量成反比,深度越小,聚热量越大；接收器的深度和加热管的温差成反比,深度越大,温差越小.试验所得数据和聚热规律,可为后续的接收器设计和制造提供有效的改进依据.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】6页(P270-274,277)【关键词】碟式斯特林太阳能发电系统;聚热技术;接收器【作者】朱辰元;孙海英;梁伟青;杨戈尔;张建敏【作者单位】上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203;上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203;上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203;上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203;上海齐耀动力技术有限公司,上海 201203【正文语种】中文【中图分类】TM615碟式斯特林太阳能热发电系统（下称碟式发电系统）主要由斯特林发动机、聚光碟、控制系统和接收器组成，其中接收器部件起着聚集太阳辐射热量并将该热量传递给斯特林发动机的功能，其结构和性能在碟式发电系统的能量转换效率中起着重要作用。

目前，对碟式发电系统中的一些专用技术仍需要进行研究，接收器就是其中之一。

国外使用的一些接收器，由于经聚光碟聚焦的辐射能在接收器内部分布不均匀，导致斯特林发动机的加热管管壁上出现热斑，热斑为局部高温点，该温度足以熔化加热管壁，使斯特林发动机由于加热管破裂导致工质泄漏无法继续工作，影响了碟式发电系统的可靠性。

上海齐耀动力技术有限公司通过对接收器的研究，掌握可靠的聚热技术，获得接收器内部温度场的分布规律，这对提高碟式发电系统的可靠性，尽快实现碟式产品商业化的应用具有重要意义。

碟式斯特林光热发电

碟式斯特林光热发电
碟式斯特林光热发电
太阳能碟式斯特林光热发电技术发展一直在缓慢中前行，在碟式斯特林技术面临的一系列挑战中，斯特林发动机的造价昂贵，使得整个发电系统的成本居高不下，成本过高迟滞了该技术的成熟化发展和商业性应用。

一、斯特林碟式聚光太阳能技术特点：
（1）发电效率高、发电（并网）质量好、发电量无衰减；
（2）斯特林聚光碟使用干式冷却，无需大型冷却系统或冷凝塔，无需消耗大量水资源；
（3）既可以应用于建设大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热的混合发电方式，可以实现电热冷“三联产”；
（4）标准组具有高度规模扩展性和灵活性特点，即可规模化部署，也适用于分布式发电；
（5）对地形要求低，占地面积小，可充分利用荒地，特别适合在沙漠、山丘等缺水地区以及适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海洋钻井平台等地区建立分布式电站。

二、产业发展情况：
从国内外来看，太阳能碟式光热发电项目总体上处于示范阶段，主要是用来记录运行数据，监控其运行性能，兆瓦级的示范项目还没有，还不具备大规模化生产制造能力，从示范推向商业化规模的应用还需要技术进步和政策扶持。

三、存在的关键问题：
1、由于没有规模化的量产拉动，斯特林光热发电系统的关键零部件加工工艺、加工质量和加工成本还不成熟稳定。

需要在规模化量产的基础上，优化设计、改进工艺，降低加工成本，从而提高设备运行的稳定性，使设备发电效率达到最优。

2、国内政府的相关鼓励和扶持政策迟迟未出台，特别是光热发电
标杆电价政策还没有明晰，导致太阳能碟式光热发电产品与技术在国内进入市场化与商业化运作的进程缓慢。

碟式太阳能热发电系统的总体规划与布局设计

碟式太阳能热发电系统的总体规划与布局设计随着能源需求的不断增长和对可再生能源的关注，太阳能热发电系统成为一种受到广泛关注的清洁能源解决方案。

碟式太阳能热发电系统作为一种较新的技术，具有高效能源转换和灵活的布局特点。

本文旨在讨论碟式太阳能热发电系统的总体规划与布局设计。

1. 碟式太阳能热发电系统概述碟式太阳能热发电系统是一种利用太阳能将热能转换为电能的技术。

它基于碟式聚光器将太阳光线集中到接收器上，通过热力工质吸收太阳能并进行工质循环使发电机组产生电能。

相比于传统平板式太阳能热电系统，碟式系统具有更高的能量转换效率和更小的占地面积。

2. 总体规划碟式太阳能热发电系统的总体规划主要包括选择适宜的区域、确定设施规模和布局、以及与电网的连接计划。

首先，选择适宜的区域是关键。

考虑到太阳能资源的充足性和地形条件的便利性，应选择日照时间长、阳光充足的地区进行建设。

此外，地形应尽量平坦，以便安放太阳能碟片和相关设施，并提供最佳的碟片聚光效果。

其次，确定设施规模和布局。

根据需求和可用空间，确定碟式太阳能热发电系统的规模和数量，同时考虑到系统的可扩展性和后续运维需求。

为确保系统的高效运行，设施之间的布局应考虑最大程度的太阳能收集效率，避免遮挡和互相干扰。

最后，与电网的连接计划。

由于碟式太阳能热发电系统是一种分布式能源系统，与电网的连接非常重要。

在总体规划阶段，应考虑如何将系统的发电能力与电网的需求相匹配，并制定合理的电力调度和传输方案。

此外，也需要考虑系统的稳定性和可靠性，采取适当的备份和保护措施，以应对可能发生的故障和突发情况。

3. 设备布置和排列方式碟式太阳能热发电系统的设备布置和排列方式对系统的运行效率和空间利用率具有重要影响。

以下是几种常见的布置方式：首先，线性排列布局。

将碟式太阳能发电系统安排成一行或多行，并保持一定的间距。

这种布置方式适合较大的场地，能够更充分地利用太阳能资源，但也会占据较大的土地面积。

碟式太阳能斯特林光热发电装置原理及前景)

碟式太阳能斯特林光热发电装置原理及前景1816年，苏格兰牧师罗伯特·斯特林(RobertStirling)发明了一种独特的外燃热机。

这是一种外燃的闭式循环往复活塞式热气机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。

此种热气机被称为斯特林发动机。

时隔近200年后的今天，伴随太阳能发电技术的开发，这种斯特林机正在被应用在太阳能光热发电领域。

记者日前获悉大连星火新能源发展有限公司研发成功25KW太阳能斯特林发动机。

斯特林发动机也称外燃机，它的发明距今已有近200年时间，和蒸汽机的历史差不多，它的特点首先是燃烧连续，由于工质不燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无关，适用于各种热源，对燃烧方式无特殊要求，体积小、重量轻、噪音低、寿命长、维护方便、燃烧效率高。

这种热气机目前在世界上应用于军事领域较多，特别是在潜艇上的应用十分广泛。

斯特林发动机应用于太阳能热发电领域的优势：光伏方面，无论是单晶硅、多晶硅或薄膜电池技术应用在光伏发电上的光电转化效率一般都在8%—15%左右，而且其转化效率衰减快，一般3—5年就衰减5—8%。

光热方面，目前应用较多的太阳能槽式、塔式光热发电的光电转化率也只有9%和11%。

相比之下，碟式太阳能斯特林光热发电的光电转化率高达33%。

而且还存在应用灵活、无需消耗大量水资源、占地面积小等优势。

斯特林光热发电不但可以应用于建设大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热的混合发电方式。

同时，也特别适合在沙漠、山丘等缺水地区；适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海洋钻井平台等地区建立分布式电站，也适用于城市楼宇家用小型电站离并网供电方式。

碟式太阳能斯特林光热发电达到批量化应用后，其成本预计可以达到1美元/瓦，与光伏发电的投资成本接近，更低于传统的槽式光热发电的2.7美元/瓦和塔式光热发电2.5美元/瓦的平均成本。

斯特林发动机与碟式太阳能热发电技术的研究进展

斯特林发动机与碟式太阳能热发电技术的研究进展作者：唐大伟李铁桂小红来源：《新材料产业》 2012年第7期文/唐大伟李铁桂小红中国科学院工程热物理研究所目前，太阳能发电技术主要分为太阳能光伏发电和太阳能热发电2种形式，其中，太阳能热发电具体又分为槽式、塔式和碟式3种形式。

在碟式太阳能热发电系统中，将光能转换成电能的核心装置就是斯特林发动机，可以说，斯特林发动机的工作特性决定了碟式太阳能热发电系统的工作特性，其技术的发展程度也决定了碟式太阳能热发电技术的成熟程度。

一、斯特林发动机与碟式太阳能热发电系统的工作原理及特点1.斯特林发动机简介斯特林发动机，又称热气机，是一种外燃机，即依靠外部热源对密封在机器中的气体工质加热，使其不断热胀冷缩，进行闭式循环，推动活塞做功。

斯特林发动机最早由英国的罗伯特.斯特林于1816年发明，用于矿井取水。

目前，用于斯特林发动机的常见气体工质有空气、氦气、氢气。

斯特林发动机对外燃方式无特殊要求，只要外部热源的温度高于机器中工质的温度即可，加热方式灵活，既可以使用传统的化石燃料，又可以使用太阳能、生物质能，以及具有一定温度的工业废热作为热源。

根据斯特林发动机的设计要求，热源温度可高可低，几十摄氏度的温差即可使其运转起来。

斯特林发动机的热效率很高，在热力学理论上等于同温限下的概括性卡诺循环效率。

斯特林发动机与内燃机最大的区别在于：在做功时，内燃机是通过燃料在气缸内部瞬间气化，上升到很高的温度和压力，然后以爆震的方式推动活塞；而斯特林发动机是依靠外部的热源对热膨胀气缸中的工质持续传热，使其不断升温升压，然后推动活塞做功。

因此，斯特林发动机在工作时较内燃机平稳，而且噪声也小很多。

在石化能源危机越来越严重的今天，斯特林发动机由于具有不受热源形式限制、运行噪声低、热效率高等突出优点，在几十、几百甚至几千瓦的小功率级别分布式供能领域里，日益受到重视，并有望发展成为一种用于微小型分布式供能系统的成熟可靠的动力设备。

碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的研究

碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的研究王译旋【摘要】Based on the analysis of operating principle of dish-stirling solar power generation system, the article uses the stirling engine in the system of dish-stirling solar power generation as the object, analyzes the key technique of stirling cycle and engine, and combined the research status of stirling engine in dish-stirling solar power generation system, pointed out many research hot points of stirling engine, provides a reference for relative research of dish-stirling solar power generation system.%在分析碟式太阳能热发电系统工作原理的基础上，以碟式太阳能热发电系统中的斯特林发动机为研究对象，分析斯特林循环以及斯特林发动机的关键技术。

结合碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的研究现状，指出斯特林发动机的诸多研究热点，为碟式太阳能热发电系统相关研究提供依据。

【期刊名称】《农业科技与装备》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P40-42)【关键词】碟式太阳能热;发电系统;斯特林发动机;斯特林循环【作者】王译旋【作者单位】沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳 110866【正文语种】中文【中图分类】TU995在化石能源储量日益减少、环境污染问题越来越突出的背景下，太阳能因具有储量丰富、便于获取及无污染等特征，被认为是未来重要的可再生能源。

碟式太阳能热发电系统的高效能量转换技术研究

碟式太阳能热发电系统的高效能量转换技术研究太阳能作为一种清洁可再生能源，被广泛应用于发电领域。

碟式太阳能热发电系统作为一种新型的太阳能利用技术，具有高效能量转换和紧凑结构的特点，正逐渐受到研究者和工程师的关注。

本文将介绍碟式太阳能热发电系统的工作原理以及目前已取得的高效能量转换技术，并展望未来的发展方向。

碟式太阳能热发电系统主要由太阳能反射器、碟式集热器、储热器和发电装置组成。

首先，太阳能反射器的作用是将太阳辐射的能量聚焦到碟式集热器上，提高能量利用效率。

然后，碟式集热器将太阳辐射能转化为热能，常用的材料是高温抗氧化陶瓷。

储热器将集热器产生的热能储存起来，在夜间或阴天时提供持续的热能供应。

最后，热能通过发电装置转化为电能，常用的发电装置是斯特林发动机或塔形燃气轮机。

要实现碟式太阳能热发电系统的高效能量转换，需要关注以下关键技术。

首先，太阳能反射器的设计对能量转换效率有着重要的影响。

通过优化反射器的形状和表面特性，可以提高反射效率以及匹配度，使得更多的太阳辐射能聚焦到集热器上。

同时，使用高反射率的材料可以减少反射能量的损失，提高热能转换效率。

其次，碟式集热器的设计也是提高能量转换效率的关键。

由于碟式集热器的结构紧凑，热损失较小，能够更有效地将太阳辐射能转化为热能。

同时，采用多层结构和纳米材料等技术，可以增加集热器的表面积，提高热传导效率，从而进一步提高能量转换效率。

另外，储热器的设计也对能量转换效率有着重要影响。

通过选择合适的储热材料和优化储热系统的结构，可以提高热能的储存密度和热能的释放速率，从而确保系统在夜间或阴天时能够持续供应热能。

研究人员还可以探索利用相变材料和化学反应等方法来增加储热系统的能量存储密度和热能的释放速率。

此外，发电装置的选择也会影响能量转换效率。

斯特林发动机和塔形燃气轮机是两种常用的发电装置。

斯特林发动机具有高效能转换、低排放以及低噪音等优点，适用于低温热能转换。

而塔形燃气轮机则适用于高温热能转换，可以实现更高的电能转换效率。

碟式斯特林太阳能发电系统最新进展

1前言太阳能热发电技术是当今世界太阳能热利用研究领域的前沿课题。

它利用高精度聚光器将低密度的太阳能汇聚成高密度热能，通过加热工质来驱动发电机，实现光电转化，具有零排放、可持续利用的优点。

太阳能热发电分为槽式、塔式和碟式三种形式。

目前，最具发展潜力的是碟式太阳能高温发电技术，尤其是近几年碟式斯特林太阳能发电技术因其惊人的发展速度更是令世界瞩目。

碟式斯特林发电系统利用旋转抛物面反射镜将太阳光聚焦到位于抛物面焦点的接收器上，接收器内的工质被加热到750℃左右，驱动斯特林发电机发电。

它具有光电转换效率高、耗水量低、发电方式灵活及可逐步规模化等特点。

碟式斯特林热发电技术在20世纪70年代由瑞典Kockums 公司、美国福特公司、麦道公司、南加州爱迪生公司及美国能源部等发起研究，此后美国的斯特林能源系统公司(SES)、STM 公司、Sunpower 公司、Infinia 公司和德国的SOLO 公司相继展开此项技术的研发，各自制作了碟式斯特林原型发电系统并进行了测试。

测试结果表明，其光电转换效率远远高于其他太阳能技术。

近来，SES 公司和Infinia公司正在世界各地示范推广碟式斯特林系统，为不久的将来这项技术的大规模应用奠定了基础。

国内相关科研单位20世纪70年代末也开始了碟式太阳能热发电技术的研究，经过30年的努力，在该领域某些方面也取得了一定的成绩。

本文通过综述国内外碟式斯特林太阳能发电系统的最新进展，对碟式斯特林热发电技术的现状和发展趋势进行综合分析，旨在与国内同行共同寻找一条中国碟式斯特林太阳能热发电技术的发展道路。

2国外主要碟式斯特林发电系统最新进展2.1SES 公司碟式斯特林系统———SunCatcher 单元SES 公司成立于1996年，是一家系统组合和项目管理公司，开发可再生能源电厂和发电系统分配设备。

自成立以来，SES 一直与Kockums 公司、美国能源部、NASA-Glenn 实验室及波音公司合作开发碟式斯特林发电系统，现已发展成为全球太阳能斯特林技术领导公司。

一种新型的能量转换装置——热气机

Ｋｅｗｏｄ：Ｓｉｉｇｎｉｅｙｒｓｔｌｅｇｎ，ＷｏｋｎｇｓＰｗｅｓｓｅｒｎｒｉｇａ，ｏｒｙｔｍｕｄｒｔｒＳｌｒｉｐｗｅｎｅｗａｅ，ｏａｄｓｈｏｒ
ｓｓｅ，ｅｐｐａｅｙｔｍＤｅｓｃｍｉｓｏｎｓｉ
能、生物质等再生能源为热源，可防止燃气污染传
动部件，少机组维护；连续燃烧，放低，减排满足欧５车用）放标准；构简单，件数比内燃机少（排机零
节能论坛
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海节能
一
种新型的能量转换装置
上海齐耀动力技术有限公司朱辰元
一
热气机
摘要：介绍了热气机的发展历史、作原理、种常规的结构布置形式和主要应用领工几
体燃烧和传动等方面的研究开发工作。
【者简介】朱辰元（９４，，士，授级高级工程师，海齐耀动力技术有限公司，作１６－）男硕教上目前主要从事热气机总体设计、气
一
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｝节９。海能３Ｙ厂
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特点：组容量一般为几Ｗ至１ＯＷ，因地制机Ｏｋ可宜地增减系统容量；外部燃烧，多能源适应性，不仅
可用柴油、、然气等作为燃料，且还能以太阳煤天而

碟式斯特林太阳能热发电系统接收器聚热技术

关键词：碟式斯特林太阳能发电系统；聚热技术；接收器基金项目：上海市科委科技人才计划项目（１１ＸＤ１４２２７００）中图分类号：ＴＭ６１５文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ —１２５６（２０１３）０３ —０２７０ —０６
碟式发电系统的可靠性。
２７２
朱辰元，等：碟式斯特林太阳能热发电系统接收器聚热技术
柱形、平顶锥形、椭圆形、球形及复合平顶锥形等，
最简单的结构是平顶锥形（见图１），而内腔的深度和入口直径直接影响接收器内聚焦热量的效率。
碟式斯特林太阳能热发电系统（下称碟式发
电系统）主要由斯特林发动机、聚光碟、控制系统和接收器组成，其中接收器部件起着聚集太阳辐射热量并将该热量传递给斯特林发动机的功能，其结构和性能在碟式发电系统的能量转换效率中起着重要作用。目前，对碟式发电系统中的一些专用技术仍需要进行研究，接收器就是其中之一。上海齐耀动力技术有限公司通过对接收器的研究，掌握可靠的聚热技术，获得接收器内部温度场的分布规律，这对提高碟式发电系统的可靠性，尽快实现碟式产品商业化的应用具有重要意义。
ｌ接收器的结构特点
１．１接收器分类

毕业设计(论文)-基于斯特林热机的碟式太阳能热发电系统设计及分析.doc

毕业设计（论文）-基于斯特林热机的碟式太阳能热发电系统设计及分析.doc本科毕业论文基于斯特林热机的碟式太阳能热发电系统设计及分析姓名学院能源与动力工程学院专业制冷与低温工程指导教师完成日期2011年5月上海理工大学全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）《基于斯特林热机的碟式太阳能发电系统设计及分析》是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。

文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。

论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。

承诺人（签名）：日期：基于斯特林热机的碟式太阳能热发电系统设计及分析摘要在环境污染和能源形势日趋严峻的背景下，开发太阳能等可再生能源成为人类迫切的需要。

与其他种类的太阳能发电技术相比，碟式太阳能发电系统具有布局灵活、应用前景非常广泛、发电效率高、结构简单、降低成本潜力及系统优化潜力巨大等一系列优点，因而成为了人们研究的焦点。

本文针对8kW点聚焦太阳能斯特林发电系统进行了设计和分析。

主要使用了绝热模型对斯特林发动机进行分析，并考虑了换热器的热损失，得到与实际运行性能相近的分析结果。

对所用的太阳能聚光器进行了设计，考虑了实际聚光器在加工过程中精确度引起的反射面与理想旋转抛物面之间存在的偏差即反射面倾斜误差。

并根据北京地区的太阳直射量计算了8kW点聚焦太阳能斯特林系统性能参数。

关键词：斯特林发动机绝热模型太阳能聚光器，DESIGN AND ANALYSIS OF THE DISH-STIRLING SOLAR POWER GENERATION SYSTEMABSTRACTUnder the circumstance of environmental pollution and the deterioration of energy crisis, the exploitation of solar energy and other renewable energy has become the highest priority if human beings expect a sustainable development. Compared with the other types of solar thermal power generation systems, the parabolic dish is well-known for its flexible arrangement, wide future utilization, high efficiency, simple structure and the potential to low the cost and optimize the system. Due to the advantages listed above, parabolic dish solar thermal power generation system is on the radar of many researchers.In this paper the dish-Skirling solar power generation system was analyezd in detail. The adiabatic model was used to analysis the performance of the Stirling engine and the heat loss in heater, cooler and regenerator were calculated in detail. The analysis results were approximate equal to the real operation performance. Furthermore, a dish solar concentrator was designed in this paper and the actual dish solar concentrator error was considered，which is the existence deviation there exists in namely catopter incline error.At last, the performance of an 8kW dish-Stirling engine in Beijing area was evaluated.KEY WORDS: Stirling engine Adiabatic model Dish solar concentrator目录摘要ABSTRACT第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2太阳能发电技术的现状 (1)1.3太阳能热发电技术 (2)1.3.1塔式太阳能热发电技术 (2)1.3.2槽式太阳能热发电技术 (3)1.3.3碟式太阳能热发电技术 (5)1.3.4三种热发电技术的比较 (6)1.4斯特林发动机的研究现状 (7)1.4.1国内发展现状 (7)1.4.2国外发展现状 (7)1.5本文的目的及主要研究 (8)第二章斯特林机热机绝热模型分析及计算 (9)2.1斯特林热机的循环介绍 (9)2.1.1理想的热力循环 (9)2.1.3斯特林循环的分析计算 (11)2.2 施密特循环分析法 (12)2.3绝热模型分析法 (13)2.3.1模型的建立 (13)2.3.2建立方程组 (15)2.3.2解微分方程组的方法 (18)2.4有热损失的绝热模型计算方法 (19)2.4.1回热器的热损失计算 (19)2.4.2加热器和冷却器中的热损失 (21)2.5本章小结 (23)第三章：8kW斯特林发动机的绝热模型的设计与分析 (24)3.1斯特林热机的参数设计 (24)3.2模拟程序的流程图 (25)3.3.1施密特分析结果 (26)3.3.2理想绝热模型的分析结果 (27)3.3.3有热损失的绝热模型分析 (29)3.4本章小结 (31)第四章碟式太阳能热发电系统的设计和分析 (32)4.1碟式聚光器的性能分析 (32)4.4.1聚光器的性能及能量传递分析 (32)4.1.2聚光器误差分析 (33)4.1.3吸热器吸收能量分析 (35)4.1.4聚光器－吸热器性能的计算 (36)4.2太阳直射强度的确定 (37)4.3聚光器－吸热器设备的设计 (38)4.4碟式太阳能斯特林发电系统的参数 (38)4.5本章小结 (39)第五章结论与展望 (40)5.1结论 (40)5.2展望 (40)参考文献 (41)致谢 (44)图录图1.1太阳能发电的分类 2 图1.2 塔式太阳能热发电系统 3 图1.3 槽式太阳能热发电 4 图1.3 槽式太阳能热发电 5 图2.1 （a）斯特林循环p-V图（b）斯特林循环T-S图10 图2.2 斯特林循环示意图11 图2.4 绝热模型示意图13 图2.4 绝热模型示意图15 图2.5 温度分布16 图2.6 换热器抽象模型17 图2.7 压缩腔的抽象模型18 图2.8 有热损失回热器的温度示意图22 图2.9 简单热损失计算温度分布图24 图2.10 基于绝热循环的热损失计算流程图24 图3.1 曲柄连杆斯特林发动机示意图27 图3.2 MATLAB模拟计算的流程图27 图3.3 施密特分析压力分布图29 图3.4 施密特分析p-V图29 图3.5 绝热循环p-V图30 图3.6 绝热循环能量图30 图3.7 有热损失的绝热模型的温度图32 图3.8 有热损失的绝热模型p-V图34 图4.1 碟式聚光器示意图34 图4.2 焦平面出能量分布36 图4.3 存在指向误差时焦平面区域模型36 图4.4 北京地区太阳能直射强度图40 图4.5 下图为太阳能斯特林发电系统图41表录表1.1 三种发电技术的对比7表2.1 绝热模型微分方程组19 表3.1 斯特林热机的基本参数26 表3.2为热机参数的计算结果28 表3.3 施密特分析结果28 表3.4 绝热模型分析结果29 表3.5 有热损失的绝热模型分析结果31 表4.1 北京地区太阳直射强度表39 表4.2 碟式太阳能热发电系统主要参41 数表符号说明wg A回热器的传热面积，2m c 用作下标时表示压缩腔的参数， ck压缩腔和冷却器交接面处的参数 v c定容比热容，./kJ kg K p c定压比热容，./kJ kg Ke 用作下标时表示膨胀腔的参数，f 焦距，m G遮盖率， L Gr 格拉晓夫数，h 用作下标时表示加热器的参数， h 换热器中的换热系数，/kJ kg k ⋅ he 加热器和膨胀腔交界面处的参数， I 太阳直射辐射量，2/W m k 用作下表时表示冷却器的参数， kr 冷却器和回热器交界面处的参数， M工质的总质量，kg 'm质量流量，/kg s'i m换热器抽象模型中工质进口质量流量，/kg s 'o m 换热器抽象模型中工质出口质量流量，/kg s ST N斯坦顿数,ri Q →循环过程中填料传给工质的热量，kJ rloss Q回热器中的传热损失，kJ r用作下标时表示回热器的参数， g R气体常数，/J kg krh回热器和加热器交界面处的参数， coll R开口半径，m p R极轴角，max T理想斯特里循环最高温度，K min T 理想斯特林循环最低温度,K r T 回热器平均温度，Ki T 换热器抽象模型中工质进口温度，K o T换热器抽象模型中工质出口温度，KT加热器壁面温度，KwhT环境温度，KambT冷却器中工质的温度，KgkT加热器中工质的温度，Kghu 工质流动速度，/m sη热机热效率，η绝热循环热机热效率，iγ绝热指数，ε回热器效能，ρ工质密度，2kg m/ρ反射率，refα太阳光线最大角的一半，sunσ聚光器反射面的倾斜误差，m slpσ跟踪误差，mwσ接收腔定位误差，m specσ太阳光线误差，msunδ总光学误差分布的标准误差，mσ焦平面热流密度分布误差，m fε吸热强体内表面的发射率，emiφ截断效率，λ空气导热系数，W/(cm.K)ϕ边缘角。

碟式斯特林太阳能热发电的技术发展_朱辰元

第３２卷第６期２０１１年１２月电力与能源碟式斯特林太阳能热发电的技术发展朱辰元，彭小方（上海齐耀动力技术有限公司，上海　２０１２０３）摘　要：碟式斯特林太阳能热发电是目前发电效率最高的太阳能热发电的技术。

介绍了碟式斯特林太阳能热发电系统原理，论述了国际上目前以热气机为核心技术的碟式太阳能热发电系统发展状况。

指出我国的燃气热气机发电技术已经取得了突破性的发展，２５ｋＷ级碟式斯特林太阳能热发电系统的研发已具备了技术基础。

关键词：斯特林发动机；聚光碟；聚焦太阳能热发电资助项目：课题受“上海市优秀技术带头人计划项目”资助。

中图分类号：ＴＭ６１５文献标志码：Ａ文章编号：２０９５－１２５６（２０１１）０６－０５０７－０５Ａｎ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｄｉｓｈ－Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ　Ｓｏｌａｒ　Ｐｏｗｅｒ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｈｕ　Ｃｈｅｎｙｕａｎ，Ｐｅｎｇ　Ｘｉａｏｆａｎｇ（Ｍｉｃｒｏｐｏｗｅｒｓ　Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１２０３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｓｏｌａｒ　Ｄｉｓｈ－Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｏｍｅ　ｔｅｓｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ＳｏｌａｒＤｉｓｈ－Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ－ｔｏ－ｇｒｉｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏｐｅｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｒｅｃｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｓｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ　ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅ　ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ａｌｓｏ　ｂｅｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｇａｓ　Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｂｒｅａｃｈｅｄ，ａ　ｔｅｃｈ－ｎｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　２５ｋＷ　ｄｉｓｈ－Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ　ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｆｏｒｍｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｉｒｌｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅ；Ｄｉｓｈ；ＣＳＰ（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ　Ｓｏｌａｒ　Ｐｏｗｅｒ）０　引言碟式斯特林太阳能热发电装置通过聚焦太阳光产生高温热源，进而推动热气机（斯特林发动机）输出电能，由于聚光能力强、原动机的热效率高，因此在各类聚焦太阳光热发电（ＣＳＰ）技术中的热电转换效率最高，成为可再生能源利用的研究热点。

碟式太阳能热发电系统的能源管理与智能化控制技术

碟式太阳能热发电系统的能源管理与智能化控制技术随着对可再生能源的需求日益增加，太阳能作为最为丰富和可利用的能源之一，受到了广泛关注。

碟式太阳能热发电系统作为一种新型的太阳能利用方式，具有较高的发电效率和集热能力，成为研究和应用的热点之一。

然而，为了充分发挥碟式太阳能热发电系统的潜力，能源管理与智能化控制技术显得尤为重要。

能源管理是碟式太阳能热发电系统中至关重要的一环。

在系统运行过程中，能源的高效利用是确保系统性能稳定和持续运行的关键。

首先，通过有效的能源管理，可以提高系统的发电效率。

碟式太阳能热发电系统的集热器直接接触太阳光，将其转化为热能。

而能源管理技术可以根据太阳能辐射强度和温度等因素，调节集热器的工作状态，使其在不同的天气条件下获得最佳的能源利用效果，提高系统的发电效率。

其次，通过能源管理，可以实现能源的储存与调配。

在太阳能资源不稳定的情况下，能源管理技术可以将多余的电能储存起来，以备不时之需，从而实现能源的平衡和调配。

热储罐的设计和控制是碟式太阳能热发电系统能源管理的重要组成部分。

通过合理设置热储罐的容量和参数，能够使系统在日夜温差较大的情况下，充分利用太阳能资源，实现能源的高效存储和利用。

智能化控制技术是实现碟式太阳能热发电系统高效运行的关键。

通过智能化控制技术，可以实现对系统的精确监测和控制，提高系统的安全性和可靠性。

首先，智能化控制技术可以通过传感器和监测装置对系统的温度、压力、湿度等参数进行实时监测，及时发现并解决系统中的故障和异常情况，保证系统的正常运行。

其次，智能化控制技术可以通过自动调节系统的工作状态和参数，使其适应不同的工作负荷和能源供给，实现系统的自适应运行，提高系统的效率和稳定性。

在碟式太阳能热发电系统的能源管理与智能化控制技术中，还有一项重要的任务是对系统进行模拟和优化。

通过数学建模和仿真技术，可以对系统的工作原理和效能进行深入研究，为系统的设计和改进提供参考。

同时，通过优化算法和策略的应用，可以使系统在不同工况下实现最佳的能源利用效果，提高系统的发电效率和经济性。