太陽能熱風(fēng)發(fā)電

1、一種新型有效的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)一種新型有效的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)摘要：分析了原太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)效率低的原因，提出了一種新型高效率的氣液噴射水輪機(jī)式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，介紹了新系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)以及優(yōu)勢，為太陽能熱發(fā)電技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用開辟了一條新的道路。關(guān)鍵詞：太陽能熱發(fā)電；氣液噴射；集熱棚1太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)隨著能源需求的不斷增加，環(huán)境污染的惡化，人們開始越來越看重新能源和可再生能源，尋求清潔能源利用新技術(shù)已成為研究熱點(diǎn)之一

2、，而太陽能發(fā)電技術(shù)將是最有發(fā)展前途的新能源技術(shù)。太陽能熱風(fēng)發(fā)電是太陽能發(fā)電的一個(gè)主要分支。太陽能熱風(fēng)發(fā)電的構(gòu)想是在1978年由德國JSchlaich教授首先提出的。太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)主要由集熱棚、渦輪機(jī)、煙囪和蓄熱層四個(gè)部件組成(見圖1)圖1太陽能熱風(fēng)發(fā)電的基本原理圖太陽輻射能通過集熱棚的透明材料進(jìn)入系統(tǒng)加熱蓄熱層表面。當(dāng)蓄熱介質(zhì)吸熱時(shí)，其溫度升高并將能量蓄積起來，與此同時(shí)蓄熱層表面也向上表面的集熱棚內(nèi)空氣傳遞熱量?？諝馕諢崃?，溫度

3、升高，密度降低，小于外界環(huán)境相同高度處的空氣密度，從而形成了壓力差。棚中央的煙囪起負(fù)壓管的作用，加大了系統(tǒng)內(nèi)外的壓力差，形成強(qiáng)烈的上升流動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部空氣以較大的速度進(jìn)入煙囪中時(shí)，強(qiáng)烈的上升氣流推動(dòng)安裝在煙囪底部的軸流式渦輪發(fā)電機(jī)，將空氣流的動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)而變?yōu)殡娔?。該?xiàng)技術(shù)具有設(shè)計(jì)簡單、取材方便、運(yùn)行可靠、運(yùn)動(dòng)部件少、維護(hù)方便、維修及運(yùn)行費(fèi)用低、無環(huán)境污染、可晝夜連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)可解決缺電或少電的發(fā)展中國家和

4、地區(qū)的電力需求，近幾十年來有多個(gè)國家支持。（1）集熱棚為全封閉式，中間設(shè)置涂黑帆布可在低成本下增加集熱效果。帆布面設(shè)置成多孔結(jié)構(gòu)，以利于太陽輻射能一部分被帆布吸收，其余能穿過帆布的孔直接被底部的蓄熱層吸收，形成類似腔式黑體的效果。棚內(nèi)空氣被帆布分成上下兩層，下層空氣可吸收帆布及蓄熱層的熱能，溫度升高后進(jìn)入蒸發(fā)器的換熱管內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)使其蒸發(fā)，放熱后的空氣從蒸發(fā)器流入帆布上層控件，吸收帆布熱能后又轉(zhuǎn)入下層繼續(xù)循環(huán)。（2）采用氣液

5、兩相而非單相的低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)，最大限度降低整個(gè)系統(tǒng)的高度。從系統(tǒng)底部蒸發(fā)器出來的蒸汽上升進(jìn)入頂部冷凝器是熱力學(xué)能轉(zhuǎn)化為勢能的過程，在獲得勢能相同的情況下，由于氣相密度較小，其上升的距離必然較長，例如空氣每升高1000m，壓力僅減小約0.01Mpa，而建造如此高的上升通道實(shí)際不可行；現(xiàn)在用蒸汽來引射液態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)，蒸汽的能量轉(zhuǎn)為氣液兩相混合體的能量，混合物密度大，系統(tǒng)中蒸發(fā)器與冷凝器間的實(shí)際壓差遠(yuǎn)超過0.01Mpa，有效解決系統(tǒng)高度問題。

6、（3）目前利用低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)多為有機(jī)Rankine循環(huán)[8]，即將低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽直接推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行，但在集熱棚方式下利用太陽能使低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)，由于溫升不高產(chǎn)生的蒸汽壓力較低，僅能推動(dòng)小型或微型的汽輪機(jī)工作，實(shí)際運(yùn)行中采用Rankine循環(huán)的太陽能電站幾乎都采用聚焦的集熱方式以提高汽輪機(jī)的進(jìn)氣壓力，而低溫有機(jī)Rankine循環(huán)則主要應(yīng)用在一些水泥、化工等企業(yè)的廢熱發(fā)電上，本系統(tǒng)采用了熱力學(xué)能轉(zhuǎn)勢能的發(fā)電方式，其優(yōu)點(diǎn)在

7、于即便采用低成本的太陽能集熱棚方式，循環(huán)工質(zhì)仍可獲得較大壓頭，通過調(diào)整噴射器的噴射系數(shù)，降低引射液量，氣液兩相混合體的密度變小可升得更高，冷凝后的液態(tài)混合物壓頭更大，可推動(dòng)大型水輪機(jī)工作，適宜建立大規(guī)模電站。2.3系統(tǒng)的效率根據(jù)低沸點(diǎn)工質(zhì)的循環(huán)過程，可知其循環(huán)熱效率η2為：(11)η2=?1?2?1?2式中，h1—蒸發(fā)器內(nèi)低沸點(diǎn)工質(zhì)的飽和蒸汽焓；h2—冷凝器內(nèi)低沸點(diǎn)工質(zhì)的飽和蒸汽焓；h2，—冷凝器內(nèi)低沸點(diǎn)工質(zhì)的飽和液焓。假設(shè)選擇低沸點(diǎn)工

8、質(zhì)R123，根據(jù)相關(guān)平板太陽能集熱器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在晴天或少云的條件下測得平板集熱器內(nèi)的溫升為90K～110K【6】，若取環(huán)境溫度為293K，可取進(jìn)入蒸發(fā)器的熱空氣溫度為383K，設(shè)冷凝器內(nèi)溫度與系統(tǒng)外界環(huán)境之間的溫差為10K，集熱棚內(nèi)熱空氣與蒸發(fā)器內(nèi)溫差為10K，則冷凝器內(nèi)溫度為303K，查表可知R123各狀態(tài)下的飽和蒸汽焓和液焓[9]帶入式（11）可求出η2的典型值為：η2=?1??2?1??2=439.8?399.5439.8?23