太阳能热发电对人类环境的改善和电力行业可持续发展具有重要的战略意义,必将成为本世纪一种重要的能源产业。同时,太阳能具有的低密度、间歇性和不稳定性等缺陷使得大规模高温储能成为太阳能热发电技术中一个关键的环节。热化学储能方法具有无热损储存、储能密度大、释热速率快且可调节等特性,为纯太阳能热发电的稳定性和不间断性提供了一条有效途径。然而,该项技术目前仍处在起步探索阶段,我国在该领域的研究还极少。本文采用NH3/N2+H2(氨基)为热化学储能体系,对氨基热化学储能式太阳能热发电系统做较为全面和细致的理论研究工作,以期促成这一发电技术逐步形成科研、生产为一体的产业化,把无穷无尽的太阳能转化为绿色电力,造福人间。 目前已经开发出的聚光式太阳能热发电系统主要有：塔式、槽式和碟式,本文对这几种发电系统进行对比,着重分析热发电系统中所涉及的关键技术,尤其是高温储能技术的研究现状及其发展趋势。综述发现,现有的储能方式大多采用显热和相变储能,而热化学储能因其独特优势将渐成下一阶段的研究热点。 NH3/N2+H2是比较有应用前景的热化学储能体系之一。本文对氨基热化学储能式太阳能热发电系统的组成原理进行介绍,在此基础上,用(火用)分析方法对该储能系统的能量储释循环进行分析,得出储能系统最大的(火用)损耗源是放热反应器中的化学放热发应和热传导,以及反应后生成物流入逆流热交换器的炯损耗。同时,对该储能系统进行全生命周期评价,结果表明,该发电系统对环境的危害远小于火力发电。 氨基热化学储能系统中的两大关键部件之一是腔体式吸热反应器,其作用是将太阳能转变成化学能。本文对腔体式吸热反应器的结构进行描述,就其内部热流场分布问题建立相应的数学模型,并应用FLUENT软件模拟5种吸热反应器内部温度场分布,及其随时间的变化。结果表明,球形吸热器最适合用于本文所述的太阳能热发电系统。 放热反应器是氨基热化学储能系统中的另一关键部件,其作用是使所储存的化学能再生成高温热能。本文针对N2+3H2<->2NH3+△H释热反应特性,设计一种强化传热效果较好的放热反应器结构。针对该物理结构,建立相应的数学模型,并编写MATLAB计算程序,以便能定量分析和讨论该类反应器在一定压力和氢氮比条件下,进气温度和进气流率对释热反应的影响。同时,依据模拟结果,给出实现(火用)最优化和热能最优化的操作参数,并分析得出最优(火用)和最优热能的关系。