[發明專利]太陽能碟式空氣輪機發電系統

無效

• 申請號: 201410084932.9
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103821679A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 魏毅立
• 申請（專利權）人: 包頭市愛能控制工程有限責任公司
• 主分類號: F03G6/04
• 分類號: F03G6/04;F03G6/06
• 代理公司: 包頭市專利事務所 15101
• 代理人: 張少華

技術領域

本發明涉及一種太陽能碟式空氣輪機發電系統，屬于太陽能熱動力發電領域。

背景技術

國際可再生能源機構（IRENA）根據對全球能源情況研究，2014年1月發表了工作報告《加倍可再生能源比重：2030年路線圖》，報告指出在增強全球區域合作的前提下，到2030年，可再生能源比重可以翻一番；在現有的國家可再生能源計劃影響下，全球可再生能源比例在不同國家之間將會存在著顯著的差異，提高能源效率和增加廣泛的能源獲取途徑將彌合這種差異。IRENA對傳統生物質能的定義為：在住宅領域，使用木材、木炭、農業廢棄物和動物排泄物進行做飯和取暖等進行使用的能源。傳統生物質能往往具有非常低的轉換效率（10%~20%），一般依賴于不可再生能的生物質提供。IRENA?報告2010年可再生能源在能源消費總量中所占的比例，世界能源的18%來自可再生能源，但是只有9%來自現代可再生能源，另外9%的比例來自傳統的生物質能，要實現可持續發展的現代可再生能源的比例翻一番，現代可再生能源幾乎需要完全取代傳統的生物質能，其結果將會是，現代可再生能源的比例從2010年的9%，到2030年上升至30%，甚至會更多，增加一倍的可再生能源份額意味著現代可再生能源的比例增加將超過3倍。根據IRENA?可再生能源路線圖2030預計，如表1所示，聚焦型太陽能熱發電（CSP）裝機容量到2020年將增加到15GW，至2030年升至83GW，2012年~2030年期間的年復合增長率達到21.5%，高于太陽能光伏發電（Solar?PV）的15.1%^[1]。

從國內能源發展走勢看，國務院決定到2020年我國非化石能源消費比重要達到15%，單位GDP二氧化碳排放要比2005年降低40—45%。為確保這一目標的實現，客觀上要求我國加快發展水電、風電、太陽能發電等可再生能源，降低煤炭等化石能源在能源消費中的比重。2013年末全國發電裝機容量124738萬千瓦，比上年末增長9.3%。其中，火電裝機容量86238萬千瓦，增長5.7%；水電裝機容量28002萬千瓦，增長12.3%；核電裝機容量1461萬千瓦，增長16.2%；并網風電裝機容量7548萬千瓦，增長24.5%；并網太陽能發電裝機容量1479萬千瓦，增長3.4倍^[2]。

太陽能發電主要分為光伏發電和光熱發電，光伏發電利用的是太陽能帶光譜光能，光熱發電利用的是太陽能全光譜光能。根據卡諾循環，光熱發電低溫熱源為常溫，當高溫熱源達到1300℃時，太陽能光熱發電的理論效率可達80%以上；而光伏發電的理論效率最高為24%。理論上光熱發電成本遠低于光伏發電成本。目前我國還沒有并網的光熱發電，其原因是目前光熱發電成本還遠高于光伏發電，光伏發電技術來源于成熟的航天技術，光熱發電研發投入遠遠不夠，光熱發電研發投入可以說是非常小的起步階段。光熱發電的許多工程熱物理問題沒有解決，無法形成產業鏈，制約了光熱發電的發展。

要提高光熱發電效率，就需提高發動機高溫工作溫度，因此，光熱發電的主流是聚光類太陽能熱發電CSP（Concentrated?Solar?Power），目前世界上已經試驗成功的CSP系統主要有三種：槽式、塔式和碟式CSP。

塔式CSP屬于面聚光發電類型，槽式CSP系統，屬于線聚光類型。碟式CSP系統利用碟狀拋物鏡面將入射太陽輻射能聚集到集熱器的焦點處，屬于點聚光類型，傳熱工質流經集熱器吸收太陽光熱能，斯特林發動機將熱能轉化為機械能，并驅動發電機發電。碟式CSP系統的主要組成部分有：碟式拋物反射鏡面，鏡面支架，高精度雙軸跟蹤系統，斯特林發動機，發電機等。由于點聚焦，碟式CSP系統在三種CSP系統中效率很高，且在分布式能源，以及模塊化方面有著固有的優點，所以世界上有很多國家與機構致力于碟式CSP系統科學技術的研究。碟式太陽能發電由于熱效率最高、結構緊湊、安裝方便、可標準化生產等優點，非常適合分布式小規模能源系統。

西班牙塞維利亞，碟式CSP系統項目于2003年開始，于2007年投運，安裝有7套碟式CSP系統，斯特林發動機，型號為SOLO161，工作介質為氫氣，工作溫度650℃，工作效率設計值33%、年均值28%，單臺功率11.2kW，鏡面面積60㎡，焦距5m，反射鏡反射率94%，集熱器為腔體結構，直徑19mm，集熱效率設計值87.25%，年均值80%，全年運行總效率均達到15.4%以上，年發電量超過1.5萬kW·h/臺。