[發明專利]一種太陽能熱水熱電轉換裝置

無效

• 申請號: 201010253839.8
• 申請日: 2010-08-16
• 公開（公告）號: CN101893327A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 施德容;張高佐;戴軍;郭佳
• 申請（專利權）人: 上海盛合新能源科技有限公司
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/30;F24J2/32;F24J2/46;F24J2/50;F03G6/04;F03G6/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種熱水熱電轉換裝置，尤其涉及一種太陽能熱水熱電轉換裝置。

背景技術

太陽能是指太陽光的輻射能量。在太陽內部進行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽能是一種綠色、潔凈、取之不盡的能源。人類對太陽能利用大體上就有三種：太陽能光熱、光電和光化學的能量轉換，而用于產生電力的轉換方式只有太陽能光熱和光電的轉變。光電轉換的形式比較單一，主要的利用形式是太陽能電池。太陽能光熱電的轉換方式和其設備裝置就比較多。太陽能光熱電轉換的一個最常見原則就是設法通過太陽能的收集獲得水蒸汽，通過蒸汽透平做功，帶動發電機產生電力。

常規太陽能光熱發電系統使用的都是高溫太陽能資源。高溫太陽能發電系統最主要使用高溫熱源的原因是其透平發電單元是常規Rankine循環動力系統，為了保證其熱經濟性，就必須提高熱力循環的初始溫度和壓力。太陽能資源是能量密度較低的資源，這就導致常規太陽能光熱發電必須通過特殊的裝置來聚集低能量密度的能量，從而能提供足夠的熱量來加熱水，得到高溫高壓的水蒸汽。比如太陽能塔式發電，槽式發電等，都需要投入巨資建設太陽能聚集裝置。以下便介紹幾種常見的太陽能光熱發電系統。

一、塔式太陽能發電系統

該系統是在空曠平地上建立高大的塔,?塔頂安裝固定一個接收器相當于鍋爐,?塔的周圍安置大量的定日鏡,?將太陽光聚集并反射到塔頂的接收器上產生高溫,?接收器內生成的高溫蒸汽推動汽輪機來發電。

塔式太陽能熱發電按加熱工質的不同又可以分為兩種，一種是加熱純水，另一種為加熱鹽水溶液。圖1為現有鹽塔式太陽能熱發電簡單熱力系統示意圖，請參見圖1，在鹽塔式太陽能熱利用發電站里，數千塊日鏡將太陽光聚焦到塔樓頂部吸熱體101上，熱量轉入吸熱體內的鹽水溶液，其溫度從265℃升高到565℃，然后高溫溶液送到熱鹽儲存器102中，通過蒸汽發生器103產生蒸汽，蒸汽經汽輪機104透平做功后，通過冷凝器105放熱冷卻后又重新回到冷鹽儲存器106里，通過鹽溶液泵107升壓后再次打入吸熱體101內。

盡管塔式熱發電系統起步較早,?人們也一直希望通過盡可能多的定日鏡將太陽能量聚集到幾十兆瓦的水平,?但是塔式系統的造價一直居高不下,?產業化困難重重，其根本原因在于定日鏡系統的設計。目前典型的塔式熱發電系統的定日鏡都有兩個特點一是定日鏡的反射面幾乎都采用普通的球面或平面,?二是定日鏡的跟蹤都使用傳統的方位角仰角公式。這兩個設計特點導致塔式太陽能聚光接收器存在著以下難以克服的問題：

1、太陽在塔上聚焦的光斑在一天之內呈現大幅度變化,?導致聚光光強大幅度波動，普通球面或平面反射鏡無法克服由于太陽運動而產生的像差。由于太陽的盤面效應，各個反射鏡在中央塔上形成的光斑大小隨著它與中心塔的距離增加而線性增長，塔上最后形成的太陽聚焦光斑在一天之內可以隨定日鏡場的大小從幾米變化到幾十米之大，因此塔式太陽能熱發電站光光強出現大幅度波動。再加上各個定日鏡的不同余弦效應，塔式系統的光熱轉換效率僅為60%左右。盡管目前在一些比較講究的塔式系統的設計中，對不同的定日鏡開始采用不同曲率半徑的球面以減小太陽在塔上聚焦光斑的尺寸，但光學設計復雜性大大增加導致制造成本也跟著大幅增長。

2、眾多的定日鏡圍繞中心塔而建立，占地面積巨大的中央塔的建立必須要保證各個定日鏡之間互相不能阻擋光線。各個定日鏡之間的距離隨著它們與中心塔距離的增加而大幅度增長，因而塔式熱發電系統的占地面積隨著功率等級的增加而呈指數性激增。

由于上述這些問題，塔式熱發電系統盡管可以實現1000℃的聚焦高溫,?但一直面臨著單位裝機容量投資過大的問題。目前塔式系統的初投資成本為3.4萬～4.8萬元，而且造價降低非常困難，所以塔式系統50多年來始終停留在示范階段而沒有推廣開來。

二、槽式太陽能發電系統

該系統是一種借助槽形拋物面反射鏡將太陽光聚焦反射到聚熱管上，通過管內熱載體將水加熱成蒸汽推動汽輪機發電的清潔能源利用裝置。槽形拋物面太陽能發電站的功率為10～1000MW。槽式太陽能熱發電是目前所有太陽能熱發電站中功率最大的。系統集熱器采集到的熱量傳遞到管內流動的熱載體上，熱載體可以是水蒸氣、熱油或鹽水等，所用的反射鏡由貧鐵玻璃制成，它必須有足夠的制造精度以便在任何情況下都能有效地反射太陽光線。