專利名稱：一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能源、電力運用技術，特別涉及一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統。
背景技術：
在能源問題日益突出的今天，太陽能的開發利用已成為實現能源可持續發展的重點。太陽能發電是一種新興的可再生能源，其生產過程不會產生環境污染，又不會消耗其它地球資源或導致地球溫室效應，因此受到世界各國的重視。太陽能的利用有光電轉換和被動式利用(光熱轉換)兩種方式。光電轉換主要是通過光伏電池將太陽能轉換成電能，但是現有的光伏電池普遍存在著效率不高、穩定性低、 適應能力差、體積龐大且系統復雜等缺點，并且其電池效率隨著電池溫度的上升而降低，因此，還需增加一定的散熱設備，更進一步提高的光伏發電的成本，不利于光伏發電的進一步推廣。太陽能熱風發電構想是由德國斯圖加特大學J. Schlaich教授于1978年提出的。該發電系統主要有3個基本組成部分具有高透光性頂棚(如玻璃)的集熱器、太陽能煙囪和透平發電機組。太陽光以輻射形式加熱集熱器下面的地面，使之溫度升高。環境空氣進入集熱器后，受地面和陽光加熱，密度減小并沿集熱器頂進入太陽能煙 ，在太陽能煙囪內由于“煙囪作用”形成上升氣流。當集熱器面積足夠大時，煙囪內的上升氣流就可驅動安裝在太陽能煙囪內的風力透平發電機組發電。同時，環境空氣不斷進入集熱器，形成持續的氣流流動。太陽能熱風發電技術具有一系列優點(I)太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽能熱風發電對環境無污染；(2)太陽能熱風電廠通過設置蓄熱系統，可實現全天候運行；(3)太陽能熱風電廠設備簡單，透平發電機組是唯一的運動部件，維護費用低；(4)不需冷卻水、不產生二氧化碳氣體，對緩解全球變暖有積極作用。國內外學者對太陽能熱風煙囪產生了濃厚的興趣。1982年德國和西班牙合作，在西班牙的Manzanares建造了第I座太陽能熱風試驗型電站。這座電站的煙囪高度為195m，煙囪直徑為10. 3 m，集熱棚直徑約242 m，集熱器面積約46 000 m2。電站內設置了蓄熱系統可實現連續供電。白天透平發電機的轉速為1500 r/min，輸出功率為100 kW ;在夜間透平發電機的轉速為1000 r/min，輸出功率40kW。1983年美國科學家Krisst建造了一座煙囪高度為10 m，集熱器直徑為6 m，輸出功率為IOW的庭院式太陽能熱風發電裝置。1997年在美國佛羅里達大學花園建造了 3種不同形式的太陽能煙 模型，并進行了理論和試驗研究。土耳其科學家Kulunk在土耳其的伊茲密爾市建造了 I個微型電站，這個電站的煙囪高2 m，直徑為7 cm，集熱器面積為9m2，發電功率為0. 14W，煙囪中的渦輪機轉子功率為0. 45W，發電機效率為31%。國內太陽能熱風發電技術的研究起步較晚。華中科技大學建立了 I座小型的太陽能熱風發電裝置，并能正常運行。上海理工大學搭建了一座太陽能熱風煙 試驗臺，試驗系統中集熱棚直徑為6. 5m，煙囪高度為10m，煙囪直徑為0. 3m，發電功率為5W。上海交通大學對將太陽能熱風發電技術應用于我國寧夏地區的可行性和方案做了研究。此外，中國科技大學的葛新石和葉宏對太陽能熱風發電系統的熱力學不完善性做了分析。指出太陽煙囪發電技術實質上是太陽熱發電，它受熱力學定律的制約，作為熱發電系統，熱源的熱空氣溫度很低，即使在理想條件下，系統的發電效率也較低。我國現在正處于飛速發展階段，其能源消耗量巨大，據相關部門統計，2010年我國總發電量是4. 23萬億千瓦時，其中，火力發電占80. 7%，水力發電占16. 2%，核電占I. 8%，風力發電占1.2%，太陽能發電占0. 1%。因此，新能源尤其是太陽能發電有較大的提升空間。傳統的太陽能熱風發電技術存在以下缺點1.其發電效率較低；2.占地面積較大；3.蓄熱系統體積大且性能較低。傳統的太陽能熱風發電技術存在以下缺點1.其發電效率較低；
2.占地面積較大；3.蓄熱系統體積大且性能較低；4.夜間發電量有限；5.經濟性較低。
發明內容
本發明是針對目前目前太陽能熱風發電系統發電效率,特別史夜間發電效率低的 的問題，提出了一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，將太陽能熱風發電系統與相變蓄熱技術結合，最大程度的發揮了兩者各自的優勢，可以提高熱風煙 的發電量，尤其是夜間的發電量，可以有效解決目前熱風發電系統所存在的問題，提高了太陽能的綜合利用率，同時降低了發電的成本，擴大了太陽能熱風發電系統的應用范圍。本發明的技術方案為一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，太陽能熱風發電系統包括太陽能煙 、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發電機組，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。所述相變蓄熱層材料的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。所述太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區域，并放置在支撐組上，支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升。所述太陽能集熱器根據內部溫度的不同劃分成不同的區域，從內到外分別為高溫區、中溫區、低溫區。所述太陽能集熱器底部鋪設的相變蓄熱材料根據太陽能集熱器的不同區域采用不同的相變蓄熱材料。本發明的有益效果在于本發明一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，大幅度提升了太陽能熱風發電系統的夜間發電量，延長了太陽能熱風發電系統的工作時間，提高了發電效率；太陽能集熱器由具有鍍膜層的透光玻璃構成，與普通的透光玻璃相t匕，這種類型的玻璃具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，降低了集熱器內的熱損失，提高了系統的效率；將太陽能集熱器內部溫度與相變蓄熱材料的相變蓄熱溫度對應，采用與相變蓄熱技術結合的方式，最大限度的提高了系統的綜合利用率，提高了系統的整體經濟性；將太陽能集熱器內部熱量場與相變蓄熱材料的數量相對應，進一步提高了系統的工作效率，降低了其發電成本；本發明的太陽能熱風發電系統建設成本較低，技術相對成熟，建成后的運行維護費用也較低，擴大了太陽能熱風發電系統的應用范圍。同時，較為適合我國的國情，也是可能部分替代我國以火力發電為主的極好途徑，將會具有十分巨大的經濟、社會和生態效益，具有十分廣闊的應用前景。
圖I為太陽能熱風發電系統原理 圖2為太陽能熱風發電系統溫度分布 圖3為本發明結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統結構示意圖。
具體實施例方式結合農業生產的實際情況合理利用太陽能熱風發電系統，如圖I所示太陽能熱風發電系統原理圖，太陽能熱風發電系統包括太陽能煙囪I、太陽能集熱器3和位于太陽能煙囪底部的渦輪發電機組2，圖中的4為地面 。當有太陽輻射時，太陽能集熱器3通過吸收高強度的太陽能輻射能量，再加之具有鍍膜層的透光玻璃，使得太陽能集熱器3內的空氣溫度遠高于環境溫度，在太陽能煙囪I內空氣由于“煙囪作用”形成上升氣流，從而帶動位于煙囪底部的渦輪發電機2轉動，進行發電。太陽能煙囪I高度為50 2000米，其內徑為I 200米；太陽能集熱器3為直徑100 10000米的圓形區域，并放置在支撐組上。支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升；所述的太陽能集熱器3的材料為透光玻璃，但通常的玻璃有著非常高的輻射率，為了提高熱效率(保溫性能)可以在加膠玻璃中采用一層薄膜，鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，這樣就可以大大降低因輻射而造成的集熱器內的熱能向外部的傳遞，從而最大限度的加熱集熱器內部的空氣。如圖2所示太陽能熱風發電系統溫度分布圖，太陽能集熱器3可根據集熱器內部溫度的不同劃分成不同的區域，從內到外分別為高溫區、中溫區、低溫區。如圖3所示結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統結構示意圖，在太陽能集熱器3底部鋪相變蓄熱材料5。太陽能集熱器3內部根據溫度的不同劃分成不同的區域，相變蓄熱材料5根據溫度區域以及熱量區域的不同，按照相變蓄熱材料5相變溫度的不同進行布置，即在高溫區布置相變溫度較高的相變蓄熱材料5，而在溫度較低的區域布置相變溫度較低的相變蓄熱材料5。圖中為在太陽能集熱器3內熱量較大的區域布置數量較多的相變蓄熱材料5，而在熱量較低的區域布置數量較少的相變蓄熱材料5。所述的相變蓄熱層材料5的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。本發明的太陽能熱風發電系統的發電量包括兩個部分一是渦輪發電機2在白天產生的電能；一是晚上依靠相變蓄熱材料5所釋放出來的熱量來驅動渦輪發電機2產生的電量。雖然由于采用了相變蓄熱材料5，渦輪發電機2白天的發電功率會受到一些影響，但是相比傳統的太陽能熱風發電系統，由于本發明所述的系統在夜間的發電量要高，因此本發明所述系統的總體經濟效益要高。初步計算結果表明采用與相變蓄熱技術相結合的太陽能熱風發電系統比傳統的太陽能熱風發電系統的整體經濟效益可以提高30%左右，并且可以適用于太陽輻射強度相對不高的地區，擴大了太陽能熱風發電系統的應用范圍。
權利要求
1.一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，太陽能熱風發電系統包括太陽能煙囪、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發電機組，其特征在于，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。
2.根據權利要求I所述結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，其特征在于，所述相變蓄熱層材料的相變蓄熱溫度從30°C 90°C。
3.根據權利要求I所述結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，其特征在于，所述太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區域，并放置在支撐組上，支撐組的高度由圓形的邊緣到中心逐步升高，以利于空氣受熱后上升。
4.根據權利要求I所述結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，其特征在干， 所述太陽能集熱器根據內部溫度的不同劃分成不同的區域，從內到外分別為高溫區、中溫區、低溫區。
5.根據權利要求2所述結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，其特征在干， 所述太陽能集熱器底部鋪設的相變蓄熱材料根據太陽能集熱器的不同區域采用不同的相變蓄熱材料。
全文摘要
本發明涉及一種結合相變蓄熱技術的太陽能熱風發電系統，太陽能熱風發電系統包括太陽能煙囪、太陽能集熱器、位于太陽能煙囪底部的渦輪發電機組，在太陽能集熱器底部鋪相變蓄熱材料。晚上依靠相變蓄熱材料所釋放出來的熱量來驅動渦輪發電機產生的電量，將太陽能熱風發電系統與相變蓄熱技術結合，最大程度的發揮了兩者各自的優勢，可以提高熱風煙囪的發電量，尤其是夜間的發電量，可以有效解決目前熱風發電系統所存在的問題，提高了太陽能的綜合利用率，同時降低了發電的成本，擴大了太陽能熱風發電系統的應用范圍。
文檔編號F03D9/00GK102852743SQ20121035892
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者王子龍, 張華 , 胡立業, 張聰, 吳銀龍 申請人:上海理工大學