基于垂直密相流粒子接收器的太阳能热发电技术可行性分析及其在高温聚光系统中的应用前景

《Renewable Energy》：Technical feasibility analysis of a particle receiver in a solar thermal power plant using vertical dense phase transport flow as the heat transfer fluid

本文针对聚光太阳能热发电（CSP）系统高温工况下接收器热效率受限及传热介质（HTF）循环退化问题，提出以颗粒-空气混合物密相流作为传热流体的固体粒子接收器创新方案。通过建立离散集总参数模型并引入单侧太阳辐照修正框架，实现了与线性聚焦太阳炉实验数据仅7.05%的相对偏差验证。研究系统评估了500°C/800°C目标出口温度下垂直密相流接收器的热性能，揭示辐照通量分布对热效率的关键影响，为新一代CSP系统设计提供重要理论支撑。

　　

Section snippets

System description and assumption

太阳能热电站主要由三部分组成：(1)聚光接收系统，(2)颗粒/超临界二氧化碳（sCO₂）换热系统，(3)sCO₂布雷顿循环发电系统。该配置中，粒子接收器系统作为关键的能量吸收单元，其结构如图1所示。太阳辐射集中于接收管侧壁，而密相流从底部入口进入并轴向从顶部排出（图1）。图2展示了...

Experimental setup

实验采用中国科学院电工研究所八达岭聚光太阳能实验基地的线性聚焦太阳炉进行。如图5所示，系统包含颗粒-空气输送循环回路和线性聚焦太阳炉。闭式循环系统由两个颗粒储罐、输送管线、回流管线及接收管组成[28]。接收管前侧受入射太阳辐射照射，后侧则...

Daily performance in SPT power plants

日性能模拟是评估太阳能电站全天运行行为的重要工具。本节重点研究工业规模新型垂直密相流接收器的技术可行性，特别针对采用密相流作为传热流体的1兆瓦热功率（1MW_th）接收器系统设计。虽然公用事业规模CSP电站通常运行在50-1000 MW_th[17]范围，但1 MW_th规模可实现对关键参数（如...）的精确控制。

Conclusions

本研究提出了一种采用密相上升粒子流作为传热流体的接收器设计方案。通过离散集总参数法建立了简化且稳健的粒子接收器模型，并融入实际太阳辐照剖面。该传热模型根据太阳辐射分布将接收器划分为两个独立区域，并经过线性聚焦太阳炉实验数据的严格验证。