[發明專利]一種塔式太陽能熱發電的吸熱器相變材料保溫方法及其裝置

有效

• 申請號: 201610135707.2
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105758020B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 肖剛;張雷;楊天鋒;倪明江;駱仲泱;高翔;岑可法;方夢祥;周勁松;施正倫;程樂鳴;王勤輝;王樹榮;余春江;王濤;鄭成航
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24S60/00
• 分類號: F24S60/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明涉及太陽能發電技術領域，特別是一種塔式太陽能熱發電的吸熱器相變材料保溫方法及其裝置。

背景技術

從確保能源安全，促進可持續發展角度來講，太陽能發電技術是緩解當前能源危機的有效手段，應用前景極廣。中國太陽能資源十分豐富，1971-2000年的近30年，太陽年總輻照量平均在1050-2450kW·h/m²之間，大于1050kW·h/m²的地區面積占國土面積的96％以上。中國陸地表面每年接受的太陽能輻射相當于1.7萬噸標準煤，僅僅開發利用0.7％的太陽能輻射就可以解決目前中國的能源消費問題。

太陽能熱發電主要包括槽式、碟式和塔式三種方式，其中塔式熱發電系統主要由定日鏡場、吸熱器、熔鹽儲罐、換熱器以及發電系統組成。對于塔式太陽能熱發電系統，吸熱器是光熱轉換的關鍵設備，而且工作環境惡劣，承受高強度輻射能流、高溫及溫度分布不均。此外由于啟停以及云遮擋引起的吸熱器材料熱疲勞對吸熱器壽命有至關重要的影響。

目前大型塔式熱發電站的吸熱器多為裸露式，即吸熱器外壁面同時為聚光接收面和大氣交界面。太陽輻射的大小受天氣狀況和云層等不可控因素的影響，使系統溫度不穩定。當發生云遮擋時，吸熱器接收太陽輻射能量急劇減小，而此時吸熱器的對外散熱卻一直發生，因此吸熱器壁面溫度將急劇下降，嚴重時可能導致吸熱器中熔鹽工質的凝固，對吸熱器造成致命損傷。當云遮擋消失時，吸熱器接收太陽輻射能量突然增大，吸熱器壁面溫度因此也急劇升高。因此云遮擋造成吸熱器劇烈的降溫和升溫，減短壽命，甚至出現損壞，引發安全事故。本發明提出一種塔式太陽能熱發電的吸熱器相變材料保溫方法，當發生云遮擋時可以快速做出反應，將相變材料覆蓋于吸熱器表面，減少吸熱器表面熱損失，減緩吸熱器溫度下降速度，對吸熱器起到保溫作用；當云遮擋結束時，在太陽輻射作用下，固態相變材料液化并在重力作用下沿著吸熱器滴落，因此可以降低吸熱器壁面溫度波動，延長吸熱器壽命，防止發生安全事故。

發明內容

本發明目的在于緩解目前塔式吸熱器在云遮擋時造成吸熱器壁面劇烈的溫度波動，延長壽命，提高運行的安全性，提出一種塔式太陽能熱發電的吸熱器相變材料保溫方法。本發明的具體技術方案如下：

當發生云遮擋，太陽直射輻射低于一定閾值時，從吸熱器外壁面頂端釋放液態相變材料，液態相變材料附著在吸熱器外壁面，散熱并轉變為固態，由于液態相變材料導熱系數小，在轉化為固體狀態時釋放熱量保持溫度穩定，從而降低了吸熱器的熱損失，減小了吸熱器壁溫度波動，延長吸熱器壽命，防止吸熱器內熔鹽工質發生凝固，提高系統的安全性，當云遮擋消失時，在太陽輻射作用下，固態相變材料液化并落下，將相變材料收集并通過相變材料輸送系統返回吸熱器頂部，重復利用。

優選的，吸熱器外表面采用紋路、翅片等結構來引導相變材料流動。

優選的，位于吸熱器頂端的相變材料利用吸熱器出口熱工質進行加熱，使得相變材料溫度與吸熱器壁面溫度相近，當相變材料下落覆蓋吸熱器表面時，能夠更好地穩定吸熱器壁面溫度。

更為優選的，相變材料上儲箱以及相變材料下儲箱有保溫裝置。

本發明還公開了一種塔式太陽能熱發電的吸熱器相變材料保溫裝置，在吸熱器外壁面頂端上部設有相變材料上儲箱，相變材料上儲箱下部設有閥門，吸熱器外壁面底端設有用于收集相變材料的相變材料下儲箱，相變材料下儲箱通過相變材料輸送系統向相變材料上儲箱輸送相變材料，吸熱器外壁面上設有用于引導相變材料流動的紋路或翅片。

進一步的，相變材料上儲箱以及相變材料下儲箱有保溫裝置。

本發明的有益效果是：

本發明以相變材料作為保溫材料，材料成本低、系統控制簡單，可以迅速實現覆蓋以及掉落，發生云遮擋時，通過熔鹽流速單元以及相變材料覆蓋單元協調控制，相變材料以指定的厚度覆蓋到吸熱器外表面上，減少吸熱器溫度波動；吸熱管表面覆蓋相變材料時，吸熱管壁面溫度下降速度比無相變材料覆蓋情況下減少至原來的1/3以下，并且在相變材料相變點附近維持穩定。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明相對于裸露的吸熱器，采用相變材料保溫措施，可以大幅降低吸熱器表面熱損失，減小因云遮擋造成吸熱器壁面劇烈的溫度波動帶來的吸熱器材料熱疲勞，防止吸熱器內熔鹽工質的凝固，延長壽命，提高運行安全性；

2、由于相變材料可以快速覆蓋以及掉落，因而可以迅速做出動作以應對復雜多變的云遮擋；