[發(fā)明專利]一種太陽能驅(qū)動(dòng)的燃料轉(zhuǎn)化裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710259584.8
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN108917206A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉啟斌;金紅光;劉泰秀;隋軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F24S23/71
• 分類號: F24S23/71;F24S10/70;F24S30/40
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種太陽能驅(qū)動(dòng)的燃料轉(zhuǎn)化裝置，該裝置包括：原料預(yù)處理單元、二維旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)單元、產(chǎn)物分離及儲存單元和檢測與控制單元四部分。本發(fā)明將太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化與二維跟蹤太陽能集熱過程進(jìn)行集成，多組太陽能熱化學(xué)吸收/反應(yīng)單元形成圓形或近圓形陣列，并通過調(diào)整拋物型槽式太陽能吸收/反應(yīng)器的傾角和方位角，實(shí)現(xiàn)其對太陽的二維跟蹤，有效避免了太陽能余弦損失、提升了太陽能的利用效率以及減小了太陽能集熱鏡場的面積，同時(shí)，通過太陽能驅(qū)動(dòng)燃料進(jìn)行熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，將太陽熱能轉(zhuǎn)化為燃料化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)了太陽熱能品位的提升。本發(fā)明提供了一種熱力學(xué)性能優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)性良好的太陽能利用裝置和燃料轉(zhuǎn)化裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能驅(qū)動(dòng)的燃料轉(zhuǎn)化裝置及方法。

背景技術(shù)

能源是人類文明和社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΓS著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類對能源的需求日益增加。現(xiàn)階段化石能源作為世界能源供應(yīng)的主體，傳統(tǒng)化石能源的大量開發(fā)利用嚴(yán)重威脅人類的生存環(huán)境。面對化石能源短缺和環(huán)境污染等制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問題，大力開發(fā)可再生能源已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)促進(jìn)節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。其中，太陽能作為一種清潔、分布廣泛、總量巨大的可再生能源，如何高效利用太陽能資源受到了廣泛的關(guān)注。

我國是太陽能資源豐富的國家之一，年均日太陽輻照量為180W/m²，整體呈現(xiàn)出西高東低的分布趨勢，尤其是在西藏、青海和新疆等西部地區(qū)，年日均時(shí)間維持在3000h以上，具有優(yōu)良的太陽能資源開發(fā)利用的條件，年總輻射量超過1800kW·h/m²。我國年太陽能輻射值約為1050～2450kW·h/m²，年均輻照大于1050kW·h/m²占國土面積的96％以上，年均輻照高于1750kW·h/m²約占22.8％以上。我國整體范圍內(nèi)優(yōu)良的太陽能資源，為大力推進(jìn)太陽能資源開發(fā)利用奠定了資源基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段主要通過光伏、光熱及熱化學(xué)的形式對太陽能進(jìn)行利用。太陽能光熱利用形式中，常見的太陽能聚光集熱器主要有：拋物槽式太陽能集熱器、線性菲涅爾集熱器、塔式集熱器以及碟式集熱器。太陽能光熱利用是指將所聚焦的太陽熱能加熱循環(huán)工質(zhì)通過動(dòng)力循環(huán)輸出電功。太陽能熱化學(xué)利用技術(shù)通過太陽能作為反應(yīng)過程的熱量，驅(qū)動(dòng)吸熱的化學(xué)反應(yīng)，將所聚焦的太陽熱能轉(zhuǎn)化并儲存在燃料的化學(xué)能中，實(shí)現(xiàn)了太陽熱能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。在太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中主要有太陽能光解水、煤氣化技術(shù)、甲烷干/濕重整技術(shù)、甲醇重整技術(shù)、甲醇分解技術(shù)以及其他有機(jī)燃料的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)等。國際能源署(IEA)將太陽能熱化學(xué)互補(bǔ)利用作為太陽能利用重要的的技術(shù)路線之一。針對上述太陽能熱化學(xué)利用技術(shù)的多類燃料轉(zhuǎn)化裝置已投入運(yùn)行。例如：澳大利亞建立了世界上首臺50MW級太陽能驅(qū)動(dòng)的天然氣濕重整裝置。

由于拋物型槽式太陽能集熱器結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用在太陽能光熱、太陽能熱化學(xué)利用技術(shù)方面。常見的槽式太陽能集熱裝置單個(gè)回路較長，通常采用一維方式跟蹤太陽，即調(diào)節(jié)太陽能集熱器傾角將太陽光線經(jīng)反射匯聚到集熱管上。但是，由于全年范圍內(nèi)太陽方位角隨時(shí)間在不斷變化，使得太陽光線與拋物型鏡面法線之間存在夾角。由于該夾角的存在，使得太陽能發(fā)生余弦損失，造成了集熱器光學(xué)效率的下降。例如在北緯30°附近東西方向布置的槽式太陽能集熱裝置，由于余弦損失導(dǎo)致的太陽能損失在冬季、春季達(dá)到50％以上，嚴(yán)重影響了太陽能的利用效率，降低了太陽能利用裝置年均的利用性能。如何減少太陽能利用裝置的余弦損失對提升太陽能利用效率具有重要的意義，是提升太陽能利用裝置運(yùn)行性能及經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。