[發明專利]聚光太陽能水儲熱發電系統

有效

• 申請號: 201410056020.0
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103790792B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 賴澤民
• 申請（專利權）人: 賴澤民
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種聚光太陽能水儲熱發電系統。

背景技術

在日常生活中，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年能量的消費，是真正取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽能發電是利用太陽能最重要的方式之一，具有以下特點：①無枯竭危險；②絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。隨著清潔能源革命的到來，太陽能發電已引起世界各國的高度重視。

太陽能發電分為太陽能光電轉換和熱電轉換兩種方式。光電直接轉換發電又稱為光伏發電。熱電轉換的基本原理是采用太陽能聚光技術，將太陽能聚集在一個有限面積上，使太陽能的溫度達到400℃以上，再將熱能傳遞給水，并產生蒸汽，用蒸汽推動汽輪機發電。因此，這種發電方式又稱為聚光太陽能發電。

太陽能光伏發電是目前太陽能發電的主要方式。這種方式有以下兩個主要缺點：

第一、光電轉換發電系統造價昂貴，達到每千瓦10萬元左右。這是目前光伏發電重要的阻礙因素之一。

第二、光伏發電的能源轉換效率較低。我國光伏發電的能源轉換效率在10～15%左右，生產每噸多晶硅的電耗高達20萬千瓦時左右，綜合能耗高達80公斤標煤左右。因此，多晶硅產業又是一個高耗能產業。為此，2013年國家頒布了《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》，提出：“光伏制造企業應擁有先進技術和較強的自主研發能力，新上光伏制造項目應滿足單晶硅光伏電池轉換效率不低于20%、多晶硅光伏電池轉換效率不低于18%、薄膜光伏電池轉換效率不低于12%、多晶硅生產綜合電耗不高于100千瓦時/千克。”

正是由于光伏發電的這些弊病，太陽能發電產業再次把重心轉移到了太陽能熱電轉換方面。聚光太陽能發電系稱為太陽能發電新的發展方向。國際能源（IEA）下屬的AolarPACES、歐洲太陽能熱能發電協會（ESTELA）和綠色和平組織最保守的估計認為CSP到2030年在全球能源供應份額中將占3%～3.6%，到2050年占8%～11.8%，這意味著在未來5～10年內聚光太陽能發電年增長率將達到17%～27%。聚光太陽能發電仍然存在兩大技術難題:

第一、天氣對發電的影響。由于晝夜、季節、天氣乃至每天的不同時刻都對太陽能輻射的影響很大。對于光伏發電而言，太陽能輻射強度僅僅能夠影響發電功率的太小，而不會導致發電停止。但對于聚光太陽能發電而言，當太陽能輻射強度小到一定的時間，太陽能就不足以使水產生蒸汽，從而導致發電停止。因此，聚光太陽能發電很不穩定，發電時間很短。據初步估計，平均不到每天的1/3。

第二、聚光太陽能發電的能源轉換效率仍然是一個很大的問題。一方面由于發電系統大部分時間不能運行，浪費了大量太陽能；另一方面，由于系統的熱負荷受到季節和天氣的硬性，導致系統大部分時間處于非正常工況運行，這也使發電效率大幅度降低。

正是這兩大技術難題，使得聚光太陽能發電的市場份額遠遠低于光伏發電。甚至在我國聚光太陽能發電還基本上處于空白，還需要從零開始發展。

由于存在上述問題，關于太陽能儲熱的技術應運而生，目前大多數儲熱技術均是采用固體進行儲熱。然而這種儲熱方法仍存在以下缺陷：

（1）儲熱量有限。通常情況下，固體的比熱都很低。比如，最好的固體儲熱材料是石蠟，其比熱容為0.511～0.693J/g·K，相當于水的比熱的0.5～0.7.石蠟的溶化熱為200～220 J/g，大約相當于水的氣化潛熱的8%，相當于7公斤標煤的熱量。石蠟的密度為0.9g/㎝³，每噸石蠟的熔解儲熱為2～2.2×10⁵kJ，每立方米石蠟大約為2.33×10⁵kJ。因此，固體儲熱并不能解決大容量儲熱問題。

（2）固體儲熱傳熱很慢。以傳導性很很好的鋼為例，其液態導熱系數大約為50 w/m·K，當導熱厚度為0.5m，溫差為500℃，傳熱面積為1㎡時，傳熱能力僅為12.5kW。對于非金屬、大容量的固體容積，其導熱能力遠遠低于這一數字。固體儲熱的這一特征不僅導致加熱很慢，而且取熱也很慢。很顯然，對于儲熱功率達到幾兆瓦，甚至幾十兆瓦的大功率工業儲熱來說，這種儲熱方法是不可能滿足工業需要的，或者成本非常高昂。

（3）不少固體儲熱介質存在一定的污染、腐蝕等。并且價格都較高，每噸儲熱介質都在幾千元以上。

為了解決太陽能產業的儲熱問題，必須發明一種儲熱容量很大、傳熱非常迅速、成本較低的儲熱系統。

發明內容