專利名稱：一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源、電力運用技術(shù)，特別涉及一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在能源問題日益突出的今天，太陽能的開發(fā)利用已成為實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重點。太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源，其生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生環(huán)境污染，又不會消耗其它地球資源或?qū)е碌厍驕厥倚?yīng)，因此受到世界各國的重視。太陽能的利用有光電轉(zhuǎn)換和被動式利用(光熱轉(zhuǎn)換)兩種方式。光電轉(zhuǎn)換主要是通過光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，但是現(xiàn)有的光伏電池普遍存在著效率不高、穩(wěn)定性低、 適應(yīng)能力差、體積龐大且系統(tǒng)復(fù)雜等缺點，并且其電池效率隨著電池溫度的上升而降低，因此，還需增加一定的散熱設(shè)備，更進一步提高的光伏發(fā)電的成本，不利于光伏發(fā)電的進一步推廣。太陽能熱風發(fā)電構(gòu)想是由德國斯圖加特大學(xué)J. Schlaich教授于1978年提出的。該發(fā)電系統(tǒng)主要有3個基本組成部分具有高透光性頂棚(如玻璃)的集熱器、太陽能煙囪和透平發(fā)電機組。太陽光以輻射形式加熱集熱器下面的地面，使之溫度升高。環(huán)境空氣進入集熱器后，受地面和陽光加熱，密度減小并沿集熱器頂進入太陽能煙 ，在太陽能煙囪內(nèi)由于“煙囪作用”形成上升氣流。當集熱器面積足夠大時，煙囪內(nèi)的上升氣流就可驅(qū)動安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風力透平發(fā)電機組發(fā)電。同時，環(huán)境空氣不斷進入集熱器，形成持續(xù)的氣流流動。太陽能熱風發(fā)電技術(shù)具有一系列優(yōu)點(I)太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽能熱風發(fā)電對環(huán)境無污染；(2)太陽能熱風電廠通過設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天候運行；(3)太陽能熱風電廠設(shè)備簡單，透平發(fā)電機組是唯一的運動部件，維護費用低；(4)不需冷卻水、不產(chǎn)生二氧化碳氣體，對緩解全球變暖有積極作用。國內(nèi)外學(xué)者對太陽能熱風煙囪產(chǎn)生了濃厚的興趣。1982年德國和西班牙合作，在西班牙的Manzanares建造了第I座太陽能熱風試驗型電站。這座電站的煙囪高度為195m，煙囪直徑為10. 3 m，集熱棚直徑約242 m，集熱器面積約46 000 m2。電站內(nèi)設(shè)置了蓄熱系統(tǒng)可實現(xiàn)連續(xù)供電。白天透平發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為1500 r/min，輸出功率為100 kW ;在夜間透平發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為1000 r/min，輸出功率40kW。1983年美國科學(xué)家Krisst建造了一座煙囪高度為10 m，集熱器直徑為6 m，輸出功率為IOW的庭院式太陽能熱風發(fā)電裝置。1997年在美國佛羅里達大學(xué)花園建造了 3種不同形式的太陽能煙 模型，并進行了理論和試驗研究。土耳其科學(xué)家Kulunk在土耳其的伊茲密爾市建造了 I個微型電站，這個電站的煙囪高2 m，直徑為7 cm，集熱器面積為9m2，發(fā)電功率為0. 14W，煙囪中的渦輪機轉(zhuǎn)子功率為0. 45W，發(fā)電機效率為31%。國內(nèi)太陽能熱風發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚。華中科技大學(xué)建立了 I座小型的太陽能熱風發(fā)電裝置，并能正常運行。上海理工大學(xué)搭建了一座太陽能熱風煙 試驗臺，試驗系統(tǒng)中集熱棚直徑為6. 5m，煙囪高度為10m，煙囪直徑為0. 3m，發(fā)電功率為5W。上海交通大學(xué)對將太陽能熱風發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于我國寧夏地區(qū)的可行性和方案做了研究。此外，中國科技大學(xué)的葛新石和葉宏對太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)不完善性做了分析。指出太陽煙囪發(fā)電技術(shù)實質(zhì)上是太陽熱發(fā)電，它受熱力學(xué)定律的制約，作為熱發(fā)電系統(tǒng)，熱源的熱空氣溫度很低，即使在理想條件下，系統(tǒng)的發(fā)電效率也較低。我國現(xiàn)在正處于飛速發(fā)展階段，其能源消耗量巨大，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，2010年我國總發(fā)電量是4. 23萬億千瓦時，其中，火力發(fā)電占80. 7%，水力發(fā)電占16. 2%，核電占I. 8%，風力發(fā)電占1.2%，太陽能發(fā)電占0. 1%。因此，新能源尤其是太陽能發(fā)電有較大的提升空間。傳統(tǒng)的太陽能熱風發(fā)電技術(shù)存在以下缺點1.其發(fā)電效率較低；2.占地面積較大；3.蓄熱系統(tǒng)體積大且性能較低。傳統(tǒng)的太陽能熱風發(fā)電技術(shù)存在以下缺點1.其發(fā)電效率較低；
2.占地面積較大；3.蓄熱系統(tǒng)體積大且性能較低；4.夜間發(fā)電量有限；5.經(jīng)濟性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對目前目前太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率,特別史夜間發(fā)電效率低的 的問題，提出了一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)與相變蓄熱技術(shù)結(jié)合，最大程度的發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)勢，可以提高熱風煙 的發(fā)電量，尤其是夜間的發(fā)電量，可以有效解決目前熱風發(fā)電系統(tǒng)所存在的問題，提高了太陽能的綜合利用率，同時降低了發(fā)電的成本，擴大了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能煙 、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發(fā)電機組，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。所述相變蓄熱層材料的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。所述太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，并放置在支撐組上，支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升。所述太陽能集熱器根據(jù)內(nèi)部溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從內(nèi)到外分別為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)。所述太陽能集熱器底部鋪設(shè)的相變蓄熱材料根據(jù)太陽能集熱器的不同區(qū)域采用不同的相變蓄熱材料。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，大幅度提升了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的夜間發(fā)電量，延長了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的工作時間，提高了發(fā)電效率；太陽能集熱器由具有鍍膜層的透光玻璃構(gòu)成，與普通的透光玻璃相t匕，這種類型的玻璃具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，降低了集熱器內(nèi)的熱損失，提高了系統(tǒng)的效率；將太陽能集熱器內(nèi)部溫度與相變蓄熱材料的相變蓄熱溫度對應(yīng)，采用與相變蓄熱技術(shù)結(jié)合的方式，最大限度的提高了系統(tǒng)的綜合利用率，提高了系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性；將太陽能集熱器內(nèi)部熱量場與相變蓄熱材料的數(shù)量相對應(yīng)，進一步提高了系統(tǒng)的工作效率，降低了其發(fā)電成本；本發(fā)明的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)成本較低，技術(shù)相對成熟，建成后的運行維護費用也較低，擴大了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。同時，較為適合我國的國情，也是可能部分替代我國以火力發(fā)電為主的極好途徑，將會具有十分巨大的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)原理 圖2為太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)溫度分布 圖3為本發(fā)明結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際情況合理利用太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，如圖I所示太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)原理圖，太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能煙囪I、太陽能集熱器3和位于太陽能煙囪底部的渦輪發(fā)電機組2，圖中的4為地面 。當有太陽輻射時，太陽能集熱器3通過吸收高強度的太陽能輻射能量，再加之具有鍍膜層的透光玻璃，使得太陽能集熱器3內(nèi)的空氣溫度遠高于環(huán)境溫度，在太陽能煙囪I內(nèi)空氣由于“煙囪作用”形成上升氣流，從而帶動位于煙囪底部的渦輪發(fā)電機2轉(zhuǎn)動，進行發(fā)電。太陽能煙囪I高度為50 2000米，其內(nèi)徑為I 200米；太陽能集熱器3為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，并放置在支撐組上。支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升；所述的太陽能集熱器3的材料為透光玻璃，但通常的玻璃有著非常高的輻射率，為了提高熱效率(保溫性能)可以在加膠玻璃中采用一層薄膜，鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，這樣就可以大大降低因輻射而造成的集熱器內(nèi)的熱能向外部的傳遞，從而最大限度的加熱集熱器內(nèi)部的空氣。如圖2所示太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)溫度分布圖，太陽能集熱器3可根據(jù)集熱器內(nèi)部溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從內(nèi)到外分別為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)。如圖3所示結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，在太陽能集熱器3底部鋪相變蓄熱材料5。太陽能集熱器3內(nèi)部根據(jù)溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，相變蓄熱材料5根據(jù)溫度區(qū)域以及熱量區(qū)域的不同，按照相變蓄熱材料5相變溫度的不同進行布置，即在高溫區(qū)布置相變溫度較高的相變蓄熱材料5，而在溫度較低的區(qū)域布置相變溫度較低的相變蓄熱材料5。圖中為在太陽能集熱器3內(nèi)熱量較大的區(qū)域布置數(shù)量較多的相變蓄熱材料5，而在熱量較低的區(qū)域布置數(shù)量較少的相變蓄熱材料5。所述的相變蓄熱層材料5的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。本發(fā)明的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量包括兩個部分一是渦輪發(fā)電機2在白天產(chǎn)生的電能；一是晚上依靠相變蓄熱材料5所釋放出來的熱量來驅(qū)動渦輪發(fā)電機2產(chǎn)生的電量。雖然由于采用了相變蓄熱材料5，渦輪發(fā)電機2白天的發(fā)電功率會受到一些影響，但是相比傳統(tǒng)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，由于本發(fā)明所述的系統(tǒng)在夜間的發(fā)電量要高，因此本發(fā)明所述系統(tǒng)的總體經(jīng)濟效益要高。初步計算結(jié)果表明采用與相變蓄熱技術(shù)相結(jié)合的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)比傳統(tǒng)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的整體經(jīng)濟效益可以提高30%左右，并且可以適用于太陽輻射強度相對不高的地區(qū)，擴大了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能煙囪、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發(fā)電機組，其特征在于，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述相變蓄熱層材料的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，并放置在支撐組上，支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，其特征在干， 所述太陽能集熱器根據(jù)內(nèi)部溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從內(nèi)到外分別為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，其特征在干， 所述太陽能集熱器底部鋪設(shè)的相變蓄熱材料根據(jù)太陽能集熱器的不同區(qū)域采用不同的相變蓄熱材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)合相變蓄熱技術(shù)的太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)，太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能煙囪、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發(fā)電機組，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。晚上依靠相變蓄熱材料所釋放出來的熱量來驅(qū)動渦輪發(fā)電機產(chǎn)生的電量，將太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)與相變蓄熱技術(shù)結(jié)合，最大程度的發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)勢，可以提高熱風煙囪的發(fā)電量，尤其是夜間的發(fā)電量，可以有效解決目前熱風發(fā)電系統(tǒng)所存在的問題，提高了太陽能的綜合利用率，同時降低了發(fā)電的成本，擴大了太陽能熱風發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
文檔編號F03D9/00GK102852743SQ20121035892
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者王子龍, 張華 , 胡立業(yè), 張聰, 吳銀龍 申請人:上海理工大學(xué)