CN101000177A - 浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，由浮力平台定日跟踪装置和太阳能发电装置两部分组成，浮力平台定日跟踪装置通过转动进行定日跟踪，聚焦采集的太阳能提供给太阳能发电装置进行发电，其中浮力平台定日跟踪装置由浮力装置、聚光装置、定位转动轴、浮力平台和水槽或水体组成，所述的浮力平台通过定位转动轴固定并可绕定位转动轴转动，浮力装置设置在浮力平台的下方并置于水槽或水体中，聚光装置及太阳能发电装置置于浮力平台上。本发明具有简单易行，初投资低，维护简单的特点，把昂贵非商品化的太阳能发电转化成商品化发电，具有与常规火力发电方法相竞争的成本优势，把太阳能发电由示范性工程转成自发的商业投资发电。

Description

浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用浮力平台定日跟踪装置的太阳能商业聚光热发电装置。

背景技术

目前，各国都在投入巨资大力发展可再生能源，尤其是太阳能利用，取得了很好的效果。但太阳能发电作为电力能源供应都是一些示范性工程，方式五花八门，都没有进入商品化阶段，无法与常规的发电方法的的低成本相竞争，目前太阳能的发电主流方法是太阳能光伏电池和热发电技术，我国太阳能发电还远没有进入商品化，投入大，运行成本高，是瓶颈问题。太阳光到达地球表面，平均能量约为1Kw/m²，我国西部地区尤其青藏高原太阳能资源异常丰富，为开展太阳能发电奠定了坚实基础。

成熟的光伏电池发电投入是9-10万元/KW，运行成本是4.0元/KWH，光电转化率15％，与常规方法发电相比，成本差距太大，而且继续降低成本的难度很大，各地正积极研究替代或继续降低成本的方法。光伏电池发电主要使用单晶硅或多晶硅材料，最大的的吸收峰值在近红外部分，紫外光，可见光及远红外线等大部分的辐射能没有被很好利用，间接提高了单位成本，极大制约了这一技术的推广应用，敏化选择性涂层是近期太阳能光伏电池的热点研究课题，这是一个世界性的难题，目前还没有成本方面的重大突破。

作为太阳能发电的另一分支，近年热发电技术开始重视起来，经济性已经开始展现，部分热发电工程项目已经迈进了商品化的阶段。如以色列和美国联合组建了路兹LUZ太阳能热发电国际有限公司，在美国加州沙漠建成了槽式太阳能热发电站，装机容量354MW，年发电8亿度。我国只有少量的热发电示范项目，还没有真正意义上的商业热发电项目。

太阳能热发电按聚光形式分为塔式，槽式和碟式：

1.塔式太阳能热发电系统是在空旷平地上建立高大的塔，塔顶安装固定一个接收器(相当于锅炉)，塔的周围安置大量的定日镜，数量众多的定日反射镜将太阳能量聚集到几十兆瓦的水平，反射到塔顶的接收器上产生高温，接收器内生成的高温蒸汽推动汽轮机来发电。塔式热发电系统尽管可以实现1000度的聚焦高温，但一直面临着单位装机容量投资过大的问题，而且造价降低非常困难，所以塔式系统五十多年来始终停留在示范阶段而没有推广开来。

2.槽式太阳能热发电系统是利用圆柱抛物面的槽式反射镜将太阳聚焦到管状的接收器上，太阳能接收器是根很长的吸热管，并将管内传热工质加热产生蒸汽，推动汽轮机进行发电。聚焦方式是线聚焦。

3.碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳聚焦到一个焦点。碟式太阳能热发电系统一般采用斯特林热机太阳能发电系统，工作温度在750℃以上，最佳工作温度在800℃以上，工作压力500bar，最佳功率规模在50KW，原理极其简单，但技术实施难度却很高，同时几十年来没有重大技术改进，价格昂贵。

因此，建立在传统聚光和跟踪理论基础之上的塔式、槽式、碟式系统均存在着难以克服的困难，因而导致单位装机投资大(5-10万/KW)、热发电成本高、推广应用有困难，近几十年来始终停留在示范阶段而没有推广开来，业界认为2万元/KW的初投资，8美分/KWH，是商品化发电的分界点。

无论是对于太阳能光伏发电还是太阳能热发电，能否经济高效利用太阳能的关键在于太阳聚光和跟踪水平的优劣，几十年来阻碍太阳能热发电商业化的主要原因是规模化定日跟踪系统的技术可行性和经济性。实现太阳能光热转换的聚光接收器能否做到高效率、低成本，是太阳能热发电能否实现商业化的关键，以最经济的手段获取太阳能进行商业发电，要考虑的不仅仅是一种技术方案，而是一种系统工程，一个项目管理的实施管理系统，才能从根本上解决太阳能发电成本过高的问题，太阳能商业发电才是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，该装置由于集热面积大，可获得大功率的发电功率输出，极大地简化设备，大幅降低造价，提供一条太阳能商业发电的新途径。

本发明的目的通过采取以下技术方案予以实现：

一种浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，由浮力平台定日跟踪装置和太阳能发电装置两部分组成，浮力平台定日跟踪装置通过转动进行定日跟踪，聚焦采集的太阳能提供给太阳能发电装置进行发电，其中浮力平台定日跟踪装置由浮力装置、聚光装置、定位转动轴、浮力平台和水槽或水体组成，所述的浮力平台通过定位转动轴固定并可绕定位转动轴转动，浮力装置设置在浮力平台的下方并置于水槽或水体中，聚光装置及太阳能发电装置置于浮力平台上。

本发明所述的太阳能发电装置包括热交换器、汽轮机和发电机，聚光装置聚焦后的太阳光加热热交换器的介质，产生蒸汽推动汽轮机和发电机进行发电。

本发明所述的聚光装置为槽式抛物线聚光器或碟式抛物线聚光器。

本发明所述的水槽为圆环沟状水槽以供浮力平台转动。

本发明所述的浮力平台上设有防风舵。

本发明所述的太阳能发电装置与浮力平台定日跟踪装置做成一个整体进行定日跟踪和聚光发电，大大简化了复杂的控制系统。

本发明所述的定日跟踪装置的工作方式是每日运行一条固定控制曲线，采用经纬控制仪储存的曲线数据进行每天的运行控制，浮力平台定日跟踪装置在水平面上由东至西转动，聚光装置在仰角方向上上下跟踪太阳。

本发明利用浮力平台定日跟踪装置来进行定日跟踪，太阳能发电装置安装在浮力平台定日跟踪装置的平台上，利用浮力平台定日跟踪装置巨大的浮力克服装置重力，支撑浮力平台定日跟踪装置的重量，浮力平台定日跟踪装置由于浮力的漂浮作用，可以轻易转动，达到东西方向上的定日跟踪。太阳的定日跟踪一年365日来讲，就是365条近似正弦的固定运行曲线，每天的日出和日落时间是变化的。这条曲线分解成转动/仰角两个方向，转动和仰角跟踪运动都是一条近似正弦的运行曲线，每天就是一条固定的运行曲线，用经纬控制仪储存的曲线数据就可以进行每天的运行控制。

本发明利用一体化结构，避免了现有的庞大复杂的定日聚焦系统，实现槽式或碟式聚光的低成本定日跟踪，使浮力平台定日跟踪商业化发电装置单元化，每个单元构成一个MW级发电站(直径100米)，同时多个发电单元再组成一个发电站系统，具有最佳的规模效应，达至最佳的经济性。

本发明浮力平台定日跟踪商业化发电装置具有以下特点：

1.本发明的发电装置，聚光后加热介质，通过蒸汽推动汽轮机或活塞进行商业发电。由于集热面积大，可获得大功率的发电功率输出，极大地简化了设备，大幅降低了造价，提供了一条太阳能商业发电的新途径。

2.本发明具有简单易行，初投资低，维护简单的特点，把目前昂贵非商品化的太阳能发电转化成经济性的商品化发电，具有与常规火力发电方法相竞争的成本优势。

3.本发明另一优势是，实现太阳能热发电的合适规模单元化安装，规模可任意控制，把复杂的太阳能发电系统，转变成普通的安装工程，实现工厂化生产，模块化安装，小型，中型，大型规模均可，安装地点没有要求，水面，农田，滩涂，丘陵，沙漠均可，特别适合城市这样的能源消耗中心近郊就地使用，极大降低了投资门槛，便于可再生能源的推广应用，特别适合我国这样的发展中国家。

4.本发明由于在安装规模和成本上的优势以及结构上的特点，还可以进行多种综合利用，把目前的单一太阳能发电，变成可发电，制冷，供暖的一体装置，包括提水灌溉绿化，温室种植，温室养殖，恒温泳池等，本发明同样适合宽阔水面的养殖及挖沟排盐的盐碱地改造的综合利用，最大限度降低土地使用成本，增加收益，减低运营综合成本，效益显著。

5.本发明在提供发电的同时又能治理土地荒漠化(提水灌溉绿化)、治理盐碱化土地(挖沟排盐)以及提供沙漠化地区温室农业作业的方法，综合效益显著。

6.本发明的直接有益作用是，可以把现在的普遍使用的非定日太阳能光伏发电进行定日跟踪，以太阳光线垂直直射的角度来发电，直接提升发电量55％-100％，间接降低光伏发电的单位成本和造价。

附图说明

图1为本发明浮力平台定日跟踪装置原理示意图；

图2为本发明浮力平台定日跟踪发电装置原理图；

图3为本发明浮力平台定日跟踪装置工作过程示意图；

图4为实施例1之浮力平台定日跟踪装置结构示意图；

图5为实施例2之利用本发明装置在湖泊滩涂发电示意图；

图6为实施例3之利用本发明装置的简易型发电示意图；

图7为实施例4之利用本发明装置在建筑物天台综合利用示意图。

具体实施方式

本发明浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，由浮力平台定日跟踪装置和太阳能发电装置两部分组成，浮力平台定日跟踪装置通过转动进行定日跟踪，聚焦采集的太阳能提供给太阳能发电装置进行发电，其中浮力平台定日跟踪装置由浮力装置1、聚光装置2、定位转动轴3、浮力平台4和水槽或水体5组成，浮力平台4通过定位转动轴3固定并可绕定位转动轴3转动，浮力装置1设置在浮力平台4的下方并置于水槽或水体5中，聚光装置2及太阳能发电装置6置于浮力平台4上，如图1所示；太阳能发电装置6包括热交换器、汽轮机和发电机，聚光装置2聚焦后的太阳光加热热交换器的介质，产生蒸汽推动汽轮机和发电机进行发电，如图2所示。图2中，2-聚光设备、7-太阳能场、8-热交换器1、9-预热设备、10-循环泵1、11-汽轮机、12-热交换器2、13-热交换器3、14-循环泵2、15-发电机、16-电力输出、17-冷却塔。

下面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以下具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1

以建设一个直径100米的浮力平台定日跟踪商业化发电装置的MW级太阳能发电站单元为例，分别开挖建设一个半径25米和半径50米的深沟，宽度和深度能使浮力装置能浮起浮力平台定日跟踪商业化发电装置的整体重量，浮力装置不能接触沟底，调整各方向的距离后，架设平台，最后安装定位转动轴，安装聚光装置。

具体如下：槽式抛物线聚光器5米宽，23米长，数量34个，安装在浮力平台上，按1.0KW/M²辐射强度，效率按26％计算，集热面积：3910m²，发电功率：1.0KW/M²×3910m²×0.26＝1017KW＝1.017MW。浮力平台装置由于回转半径很大，用较小的驱动力距就可以缓慢转动装置，一个白天才由面东回转到面西，即回转半圈、180°。大风天气视地形来排干池水或起用安全措施或启动连锁安全装置。太阳能发电装置按常规方法即可。

图4中，1.浮力装置、2.聚光装置、3.定位转动轴、4.浮力平台、5.圆环沟状水槽、18.防风舵。

实施例2

1.滩涂湿地地形实施时，开挖一条环行沟，使用防渗膜进行处理，中间打桩建设或建一个牢固的基础，用作定位转动轴即可，四周设防风安全设施。

2.水库小岛实施时，岛上建筑一个坚固的轴心基础进行安装，四周设防风安全设施，平台设若干防风舵，大风超过极限时，防风舵能使以最安全的角度迎风。此方法仅适合非结冰期间。

图5中，1.浮力装置、2.聚光装置、3.定位转动轴、4.浮力平台、5.水体、6.太阳能发电装置、18.防风舵、19.安全支撑柱、20.水面小岛或人工定位墩。

实施例3

一般的发电，也可以使用更经济的方法定日跟踪，用建筑的方法使用钢筋水泥预构件建筑圆环沟状水槽，钢铁构件建筑浮力装置回转跟踪平台，跟踪东西方向定日。也可以使用水泥钢筋建设柱型圆桶结构，四周衬以光滑导条，利用浮力-重力平衡锤装置，控制仰角方向的上下跟踪，为了防止水分蒸发，水槽表面覆盖油脂或蜡质物体。桶内液面设置一个重力浮球，滑轮组牵引绝对值编码器旋转，得出精密的液位液面检测，控制转子泵运转，平衡液位，浮力-重力平衡锤装置带动聚光器仰角定位。设备加热介质进行发电或产生蒸汽推动汽轮机进行常规发电。

图6中，1.浮力装置、2.聚光装置、3.定位转动轴、4.浮力平台、5.圆环沟状水槽、21.浮筒内水体、22.浮力/重力平衡锤、23.转子泵。

实施例4

目前，尽管太阳能利用的环保性已经被人们所接受，但实际使用时还是遇到很多问题，以住宅太阳能热水器为例，大都是单家安装为主，冬天应用热水较多时热水品质又不高，夏天热水用量不大时热水又太多，安装方式五花八门，尺寸大小不一，同时又不能综合利用，占用宝贵的楼顶空间，管线乱拉，破坏楼面结构，存在各种安全隐患，使得大规模太阳能民用应用受到限制，甚至受到城管方面的阻力，(一些城市的新建住宅小区，为了防止安装常规的太阳能热水器破坏建筑的整体美和损坏房顶的防水层，明令禁止小区的住户安装太阳能热水器)。其实建筑物楼顶不仅可以生产热水，还可以用于制冷，发电或供暖，没有综合利用，反过来就没有经济性，进一步限制了太阳能的推广应用，如果小规模应用，经济性就不够，推广难度大。大型太阳能利用，要既能够遮挡一部分阳光，又能让一部分阳光射入建筑物内部，这是一个较难解决的问题。本发明装置只使用于楼面，通过提高太阳能的利用效率的办法减少占用的面积，尽量避免在墙体安装的形式，一方面是墙体安装的形式太阳能效率利用很有限，工程量大，间接增加成本，抗自然条件能力不好，有安全隐患，还有很重要的一个方面是这样的安装影响城市美观同时又存在光污染，光污染造成的交通事故屡有报道。

本发明装置能比较好地解决这个问题，利用大楼承重结构在楼顶建筑一个架圆环沟状水槽，放置一个环状浮力装置或一段，浮力支撑起一个可以转动的珩架整体结构的重量，中心建设一个固定墩，安装珩架转动的中心轴定位，中心轴不支撑珩架重量，这样各自为了安装太阳能装置破坏楼面的情况就不存在了。支架下空间安装水箱。利用很小的力矩就可以轻易转动较重的结构来进行定日，只使用很少的能量，就可以实现把珩架所有的部件定日跟踪，把复杂的太阳能利用转变成简单的建筑工程，极大地降低太阳能利用的成本，易于推广实施。

采用转动/仰角双轴的定日跟踪方式，所有太阳能光伏发电装置或集热器安装在这个珩架上，以便获得最大的太阳能量，提高热水温度品质，和获得更多的热水，进一步降低成本，每户拥有高达几平米的集热面积，获得远高于现有的个人单独安装的热水器所产热水量数倍的热水。大量富余的热水，使多层建筑的住户每一户都能享受免费而充足的太阳能热水，这样避免了各层住户苦乐不均的现象，从而调动了所有人的积极性来共同推进这一利国利民又利己的好事情。由于此结构实现了定日跟踪，可使原有的不定日跟踪的光伏电池发电效率提高60％以上，间接大幅降低了单位成本。

珩架为下沉式，由于有支架墙体的保护，再安装流线型导流舵板，有大风来临时可自动转动减少迎风面，这样就具有防风的功能，同时又降低高度，整个装置在建筑物外立面内，丝毫没有影响建筑的美观，如果不设过多的墙体，支架还可以作为建筑装饰，一种绿色环保建筑的标志符号。珩架安装收集太阳能利用装置设备，以一个整体来定日跟踪，使得太阳能可以用来进行发电，制冷，热水，供暖等的综合利用。夏天以制冷为主，溴化锂制冷机同时付产热水，春秋两季以发电供热水为主，冬天以供暖和热水为主，可采用相变储热技术保持恒温和缩小水箱体积，提供新鲜水的加热，效率高，成本低，热水温度高及每天新鲜制备，消除“死水”滋生细菌的问题，满足日常的多种要求，具有更高的综合利用效率。同时可作为消防备用水兼具顶层防晒隔热功能，消除了顶楼的闷热现象，提高顶楼商品房的经济价值，为建筑商带来利益，减少了顶楼的空调能耗，间接节能保护环境。

本实施方案的有益意义是低成本获取最大的太阳能能源，避免破坏楼层的结构，以便于加以综合利用。另一有益意义是使建筑商有利可图，简单易行，甚至作为销售的卖点，同时又多方受益共赢，从而解决节能建筑推广难的问题。在商业建筑上，如果不大量使用热水的话，可使用槽式聚光器串联生产大流量高温热水使用溴化锂制冷机制冷，提供建筑物夏天空调使用，太阳越猛烈，提供的制冷量越大，很符合空调的特点，冬天则直接提供热水供暖。如果没有仰角跟踪，建议安装角度为当地纬度的+5-+10度安装(水平夹角)，让冬天的阳光直射，夏天阳光强烈，斜射几度没有影响。

图7中，1.浮力装置、2.聚光装置、3.定位转动轴、4.浮力平台、5.圆环沟状水槽、24.热水储罐、25.建筑物楼层。

Claims (7)

1、一种浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于由浮力平台定日跟踪装置和太阳能发电装置两部分组成，浮力平台定日跟踪装置通过转动进行定日跟踪，聚焦采集的太阳能提供给太阳能发电装置进行发电，其中浮力平台定日跟踪装置由浮力装置、聚光装置、定位转动轴、浮力平台和水槽或水体组成，所述的浮力平台通过定位转动轴固定并可绕定位转动轴转动，浮力装置设置在浮力平台的下方并置于水槽或水体中，聚光装置及太阳能发电装置置于浮力平台上。

2、根据权利要求1所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的太阳能发电装置包括热交换器、汽轮机和发电机，聚光装置聚焦后的太阳光加热热交换器的介质，产生蒸汽推动汽轮机和发电机进行发电。

3、根据权利要求1或2所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的聚光装置为槽式抛物线聚光器或碟式抛物线聚光器。

4、根据权利要求1或2所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的水槽为圆环沟状水槽以供浮力平台转动。

5、根据权利要求1或2所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的浮力平台上设有防风舵。

6、根据权利要求1或2所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的太阳能发电装置与浮力平台定日跟踪装置做成一个整体进行定日跟踪和聚光发电。

7、根据权利要求6所述的浮力平台定日跟踪商业化太阳能发电装置，其特征在于所述的定日跟踪装置的工作方式是每日运行一条固定控制曲线，采用经纬控制仪储存的曲线数据进行每天的运行控制，浮力平台定日跟踪装置在水平面上由东至西转动，聚光装置在仰角方向上上下跟踪太阳。

Images