● 摘要
随着世界能源危机的临近，能源应用的格局也在逐渐发生变化，可再生能源被迅速发展与应用。其中，太阳能光热发电作为太阳能利用的主要形式，慢慢崭露头角，并快速发展。碟式太阳能光热发电技术更是以其高光学效率和高发电效率被人们所关注。为了进一步推动分布式能源的发展，实现并网运行发电的可能，碟式太阳能利用中的不稳定和不连续等问题就必须被彻底解决。北京航空航天大学设计并完成了一整套20kW级光（太阳能）---气（天然气、沼气等低热值气体）互补的斯特林发电系统的实验样机。本文就是在原有的理论和设计基础上，完成对整套系统的集成技术研究。
本文依据系统实际集成要求，优化并完善了系统的部分设计。通过对系统内关键部件和系统整体运行的实验验证，完成对系统设计的校核分析。鉴于碟式太阳能发电系统受风载影响显著的问题，更为进一步优化系统结构，针对该系统的碟式聚光器完成了有关风载数值模拟的研究，获得了风载对碟式聚光器的影响规律及卸风载的最优化方案。
研究结果表明：（1）系统集成技术的优劣取决于系统各关键部件设计的合理性以及系统关键部件间的良好耦合连接；（2）完成了碟式聚光器支撑结构改进设计，首次将带有半圆形底部支撑的聚光器网架结构方案应用于碟式太阳能聚光系统中。实验表明，该结构较传统方案在结构刚度以及系统稳定性上有大幅度提高，满足了系统支撑及跟踪需求。（3）通过数值模拟，得到了碟式聚光器的最大风载俯仰角度为57.5°；同时得出了最优化开缝卸风载的方案，即在3%总反射面积下，等面积开设多条环形缝的卸风载效果最佳；（4）对斯特林发动机、燃烧室及回热器等系统关键部件进行了实验验证，通过与设计的相互验证，为光气互补斯特林发电系统的实际工程应用提供指导；（5）完成对系统总体性能的验证与分析，结果表明：系统的实际发电功率可达约18kW，系统折算发电效率为29.1%（实际发电效率约为14%）；其中系统风量和排气温度是影响系统整体的发电效率的关键因素。