專利名稱：一種提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法，屬于太陽能熱氣流發
電技術領域。
背景技術：
太陽能熱氣流發電系統也稱為太陽能塔筒發電系統，其主要建造材料是玻璃和水 泥，建造材料極易獲得，這種發電系統不像太陽能光伏和熱發電系統，它不需要高技術的設 備和人才，不需要高科技制造技術，不需要冷卻水系統，維修也非常簡便， 一經建成，運行維 護成本很低。它的缺點是占地面積巨大。由于熱空氣溫度低(溫升<55°0，發電的熱效 率很低，在人煙荒蕪、太陽能資源充沛的沙漠戈壁地區，建造太陽能熱氣流發電系統有其現 實意義。由于太陽能熱氣流發電不需要聚光和跟蹤系統，換熱溫差又很低，所以成本相比太 陽能熱發電形式具有優勢。太陽能熱氣流發電，只占用沙漠和荒地，不需征用有限的土地， 不會同糧食和果蔬生產發生沖突。沙荒地帶是不毛之地，沒有人居住，因此不會帶來移民難 題，可以省下大量的移民安置資金。將大片的沙荒覆蓋，是減少沙塵的有效方法。我國由于 草原的荒漠化，每到冬春季節因少雨揚起的沙塵暴，成了北方諸多城鄉的災害性天氣，嚴重 影響了居民的生產和生活。建設沙漠太陽能熱氣流發電站，可以減少沙塵天氣，對改良氣候 有重要意義。太陽能熱氣流電站運行時，排出的只是熱空氣，不會產生污染，環保性能極好。 其產生的溫室效應和降水，還能改善當地的生態環境，而且設計的規模越大，社會效益越顯 著。 太陽能熱氣流發電系統主要由太陽能巨大集熱篷、塔筒、渦輪發電機組和電控系 統4個基本部分構成。集熱篷和地面之間有一定的間隙，集熱篷中部設有塔筒，在塔筒底部 裝有渦輪發電機組。集熱篷用透光和隔熱的材料制做，能高效吸收太陽能，太陽能透過集熱 篷的覆蓋層后被吸熱層吸收，在集熱篷內形成"溫室效應"，使集熱篷內的空氣溫度從邊緣 到中心不斷升高，密度降低；使篷內形成熱空氣。塔筒由水泥、鋼筋、磚石制成，也可使用新 型的合成材料。塔筒在抽吸力下不斷把空氣向集熱篷中心匯集，形成沿塔筒上升的強大熱 氣流。發電系統由多臺熱機組成。熱機安裝在塔筒底部，集熱篷及塔筒內強大熱氣流推動 熱機組旋轉，從而帶動發電機發電；同時，周圍的空氣被不斷地吸入集熱篷，形成熱力循環。
建造太陽能塔筒來發電的設想最初于1978年提出。西班牙在1981年建成了世界 上第一座太陽塔筒熱氣流示范電站發電實驗原型機組。其天篷區直徑240米，空氣集熱篷 面積為46000平方米，天篷高度2. Om，塔筒高度195. 46米，直徑10米。空氣渦輪機發電量 為50kW.天篷入口空氣溫度為298K，塔筒內空氣溫度為318K，流速為10m/s，流量800kg/s， 總熱效率為0. 33%。這個示范電站用于測試材料和收集數據，為今后的商業化運作提供依 據。由于采用了低成本材料，而且太陽塔沒有進行有效的保護，在1989年的一場風暴后這 個電站成了一片廢墟。但是這個示范電站證明了太陽能熱氣流發電的可行性。
澳大利亞EnviroMission公司正在準備建造一個規模龐大的太陽能熱氣流發電 站，即"太陽塔"工程。該發電裝置擬建于澳大利亞新南威爾士州(New SouthWales)溫特烏斯郡(Wentworth)的波朗格(Buronga)。澳大利亞"太陽塔"工程共分為六個階段進行 設計優化(已完成)、商業可行性預測和探討(已完成)、可行性最終討論(正在進行)、設 計和施工方案的最終審定、施工和調試、投入商業運作。EnviroMission目前還處于第三階 段運作，主要包括項目協作和籌集資金。"太陽塔"工程設計容量為200麗，塔底入口處空氣 溫度為7(TC，空氣流速為15m/s，塔頂空氣出口溫度為20°C。到了晚上，白天積聚在熱能存 儲單元中的熱能，此時開始釋放出來，繼續推動渦輪旋轉，因而"太陽塔"可以一年365天、 一天24小時不間斷地工作。 我國太陽能熱發電技術的研發工作始于20世紀70年代末，由于工藝、材料、部件 及相關技術未得到根本解決，國家相關政策及研發導向重視程度不夠，研發經費不足，使熱 發電項目的研發相對滯后。 目前安徽凱立科技集團股份有限公司的100兆瓦太陽能熱氣流實驗發電站項目 正在論證過程中。在國內，上海交通大學、華中理工大學及中科院廣東能源所等幾所院校 在熱能及動力工程領域有較強實力的研究機構及高校對太陽能熱氣流發電技術進行了一 定的研究。上海交通大學對太陽能熱風技術在寧夏地區的應用進行了可行性分析，擬構建 一座太陽能熱風發電站，該太陽能熱風發電站集熱面直徑500m，太陽能塔筒高200m，直徑 10m，并對銀川、平羅及賀蘭等三個地區的相關數據分析表明，一年內該電站月平均發電功 率大約為110 190kW，能為附近村莊提供電力，集熱篷還可用作農用大棚，為促進農業生 產發揮積極作用；華中科技大學為獲得太陽能塔筒發電裝置內氣流流速及溫度等分布的情 況中，構建了一座塔筒高度8m，直徑0. 3m，集熱篷直徑10m，其周邊距離地面0. lm，在塔筒的 底部安裝了一個長約0. 15m的多葉片渦輪機的太陽能熱氣流發電裝置，從而得到了理論分 析與實際裝置實驗之間的差別。2005年華中科技大學對麗級的太陽能熱氣流電站的流動 特性及運行特性等問題進行了比較深入的研究。 目前太陽能熱氣流發電正在蓬勃發展，授權專利主要有利用熱氣流進行發電的裝 置(授權公告號CN100408937C)，一些專利申請公布主要有1、高效太陽能熱氣流發電系 統；2、基于太陽墻技術的太陽能熱氣流電站；3、山體豎井式塔筒高效太陽能熱氣流發電系 統。高效太陽能熱氣流發電系統采用依山而建的方式，設有變頻器和循環泵，并設有熱交換 裝置。基于太陽墻技術的太陽能熱氣流電站采用太陽能塔筒依附建筑物墻建立的方式，為 城市建筑節能提供了思路。山體豎井式塔筒高效太陽能熱氣流發電系統采用全玻璃真空集 熱管下方設置反射板的方式。 已公開的太陽能熱氣流發電系統，無論是已實施的，還是處于研發階段的，其集熱 篷底部均未考慮防止水蒸發的問題。在集熱篷內，水的蒸發將引起太陽能熱氣流發電系統 的熱量損失，使發電量降低。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠有效提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法。
本發明的方法是在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部設置防止水蒸發的設 施。 在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部設置防止水蒸發的設施，其主要目的是為 了防止在集熱篷內的水蒸發。在集熱篷內水分的蒸發將引起太陽能熱氣流發電系統的熱量損失，使發電量降低。 本發明的優點是在太陽能熱氣流發電系統集熱篷底部設置防止水蒸發的設施克 服了因水蒸發造成的熱量損失，從而提高發電量。另一方面，在巨大集熱篷底部設置防止水 蒸發的設施防有效地減少了沙漠水分蒸發量，有利于集熱篷周邊沙漠綠化，吸收C02，能夠 為低碳道路做一些工作。
圖1為實施例1的集熱篷片斷示意圖；
圖2為實施例2的集熱篷片斷示意圖。 圖中1、集熱篷透光材料，2、流動空氣的空間，3、沙石或沙土覆蓋層，4、防止水蒸 發層，5、地基。
具體實施方式
實施例l: 在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部鋪設防止水蒸發的材料，該材料采用塑料 薄膜，在防止水蒸發的材料的上面覆蓋沙石，用來固定塑料薄膜，防止塑料薄膜老化，如附 圖l所示。 在白天，大面積的集熱系統可以為發電系統提供所需熱能，根據設置在塔筒內的 溫度、風速傳感器，經控制和調節熱氣流的風速和溫度，從而實現平穩發電，其余熱儲存在 集熱篷底部防止水蒸發塑料薄膜上面覆蓋的沙石里和塑料薄膜下面的地基里，在晚間或陰 雨天，把儲存的熱能直接釋放出來，由于密度差產生浮升力而形成氣流，繼續推動渦輪機轉 動，維持發電。這樣無論天氣好壞，沙漠太陽能熱氣流發電系統都能夠發電。
實施例2 : 采用瀝青覆蓋在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部的地基上面來防止集熱篷 底部水蒸發，如附圖2所示，防止水蒸發層4采用瀝青，其優點1、黑色的瀝青換熱效率較 高，便于吸收太陽能，也便于把儲存在地基里的熱能輻射出去；2、可防止高流速氣流揚起塵土。
權利要求
一種提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法，其特征是在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部設置防止水蒸發的設施。
2. 根據權利要求1所述的提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法，其特征是防止 水蒸發的設施采用塑料薄膜，上面覆蓋沙石。
3. 根據權利要求1所述的提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法，其特征是防止 水蒸發的設施是在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部的地基上面覆蓋瀝青。
全文摘要
本發明涉及一種提高太陽能熱氣流發電系統發電量的方法，其特征是在太陽能熱氣流發電系統的集熱篷底部設置防止水蒸發的設施。其優點是在太陽能熱氣流發電系統集熱篷底部設置防止水蒸發的設施克服了因水蒸發造成的熱量損失，從而提高發電量。另一方面，在巨大集熱篷底部設置防止水蒸發的設施防有效地減少了沙漠水分蒸發量，有利于集熱篷周邊沙漠綠化，吸收CO2，能夠為低碳道路做一些工作。
文檔編號F03G6/04GK101787965SQ20101000533
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月15日 優先權日2010年1月15日
發明者魏毅立 申請人:包頭市愛能控制工程有限責任公司