CN101240779A - 用于太阳能热风发电系统的集热器 - Google Patents

用于太阳能热风发电系统的集热器 Download PDF

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赵敬德
刘妮
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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能热风发电系统的集热器，包括太阳能烟囱，集热器，沿与所述的集热器为同一圆心，直径为0.8～2米的圆的切线方向，垂直地面布置透明材料隔板，透明材料隔板的下沿紧贴集热器的地面，上沿紧贴集热器的顶棚；所述的透明材料隔板将集热器沿圆周方向均分成至少24个区域；透明材料隔板的外沿直达集热器的外缘，其长度为60米～110米。本发明提高了太阳能热风发电系统集热器的集热效率，从而提高了其发电效率。由于增加了集热器的加热面积，从而降低了集热器的散热损失；平板玻璃对空气流的引导作用，使空气在到达透平发电机的入口时，达到透平入口的气流要求，从而减少了气流的流动损失。

Description

用于太阳能热风发电系统的集热器
技术领域
本发明属能源、电力技术领域，特别是涉及一种用于太阳能热风发电系统的集热器。
背景技术
随着全球性的能源危机日益突显，开发新能源称为全人类共同的需要。太阳能热风发电技术是实现大规模开发和利用太阳能的一种新途径，是解决我国能源危机的有效途径之一([1]张建锋，杨家宽，肖波，等.太阳能烟囱发电技术现状及展望[J].可再生能源，2003(1)：5～7；[2]赵玉文.太阳能利用的发展概况和未来趋势[J].中国电力，2003，36(9)：63～69)。
太阳能热风发电技术最早是由德国J.Schlaich教授于1978年提出来的，其原理是利用太阳能集热器以及烟囱效应驱动风力涡轮带动发电机发电(Schlaich J.The solarchimney：Electricity from the sun[M].Maurer C，Geislingen，Germany，1995)，如图1所示。空气在大型的太阳能集热器中被加热后，温度升高，密度降低，然后利用烟囱效应，形成强烈的上升气流，推动透平-发电装置做功发电。
热风发电技术被提出以来，引起了国内外学者的普遍关注。1982年德国和西班牙合作在西班牙的Manzanares建造了世界上第1座太阳能热风试验型电站。随后，美国、德国、西班牙、印度、澳大利亚、埃及、摩洛哥和南非等国家的学者都对此产生了浓厚的研究兴趣并进行了大量的理论和实验研究(卢峰，张华，姚秀平，黄惠兰.太阳能热风发电技术研究进展[J].中国电力，2006，39(9)：24～27)。Kreetze建立了蓄热系统的数学模型，并在理论上证明了太阳能热风电厂全天候运行的可行性，南非的Von Backstrom和GannonA.J.对提出了IGV(即用烟囱的底座作为烟囱入口导叶)的概念，取得了一些列的研究成果(T.W.von Backstrom，A.J.Gannon.Solar chimney turbine characteristics[J].Solar Energy，2004(76)：235～241)。
国内在太阳能热风发电技术方面起步稍晚，2002年底，华中科技大学建立了一座小型太阳能热风发电实验装置(Xinping Zhou，Jiakuan Yang，Bo Xiao，Guoxiang Hou.Experimental study of temperature field in a solar chimney power setup.AppliedThermal Engineering，2007(27)：2044～2050)，2003年天津的杨现平申报了《太阳能热风塔发电装置》的实用新型发明(申请号：03204526，授权日：20040218)，中国科学技术大学和上海交通大学也相继开展了这方面的研究。
太阳能热风发电技术还存在着一些不够完善的地方，比如发电效率偏低，太阳能烟囱的需要比较高的高度等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过对集热器进行改进，以提高集热器的集热效率，从而提高太阳能热风发电系统的发电效率的高效集热器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于太阳能热风发电系统的集热器，包括太阳能烟囱，集热器，其特征在于：沿与所述的集热器为同一圆心，直径为0.8～2米的圆的切线方向，垂直地面布置透明材料隔板，透明材料隔板的下沿紧贴集热器的地面，上沿紧贴集热器的顶棚；所述的透明材料隔板将集热器沿圆周方向均分成至少24个区域；透明材料隔板的外沿直达集热器的外缘，其长度为60米～110米。
所述的透明材料隔板为平板玻璃，其厚度大于10毫米。
所述的透明材料隔板的长度为80米和100米，沿集热器圆周方向间隔均分布置，其间隔距离为2～10米。
所述的与集热器为同一圆心的圆的直径为1米。
本发明近似沿集热器的径向垂直地面布置平板玻璃，以增大集热器加热空气的加热面积，同时又不增加集热器内空气流动的阻力；与集热器径向微小偏差的角度使得平板玻璃能够共切于集热器圆心附近的一个共切圆，即该偏差使得平板玻璃的布置位置的延长线能够在集热器的圆心附近共切于一个共切圆(如图4所示)。从而平板玻璃可以引导空气流在离开集热器进入太阳能烟囱时形成必要的旋流。
本发明与传统的太阳能热风发电系统的集热器相比有以下特点：
(1)增加了集热器的加热面积，一般的集热器只有其顶棚和地面是加热面积，这样易使得集热器壁面的温度较高，从而增加了集热器的散热损失，增加了垂直布置的平板玻璃后，增大了集热器的加热面积——集热器的顶棚、地面和平板玻璃都是加热面积——提高了集热器的集热效率；
(2)平板玻璃共切于一个圆，可以对空气的流动起到引导作用，从而使得平板玻璃可以引导空气在离开集热器进入太阳烟囱时形成必要的旋流，以适应透平发电机叶轮进气的要求，这一过程类似于电站锅炉切圆燃烧的烟气流动过程；
(3)适当布置平板玻璃的位置，控制好平板玻璃之间的距离，如果平板玻璃布置的过密，间距过小，就会由于边界层的作用增大了空气流动的阻力，因此选择适当的玻璃间距(2～10米)，可以在增大集热器加热面积的同时，几乎没有增加集热器空气流动的阻力。有益效果
本发明提高了太阳能热风发电系统集热器的集热效率，从而提高了其发电效率。由于增加了集热器的加热面积，从而增加了集热器对空气的加热作用，同时降低了集热器的壁面温度，也就降低了集热器的散热损失；平板玻璃对空气流的引导作用，使空气在到达透平发电机的入口时，达到透平入口的气流要求，从而减少了气流的流动损失。
附图说明
图1为太阳能热风发电技术原理简图。
图中：1-太阳能烟囱；2-透平-发电装置；3-太阳能集热器；4-底面
图2为沿集热器径向增设了平板玻璃的太阳能热风发电装置的整体结构图。
图中：1-集热器；2-太阳能烟囱；3-沿集热器径向布置的平板玻璃
图3为沿集热器径向增设了平板玻璃的太阳能热风发电装置的俯视图。
图中：1-平板玻璃；2-太阳能烟囱；3-集热器的外缘；
4-平板玻璃的延长线；5-平板玻璃内沿所在的圆周。
图4为平板玻璃延长线共切于太阳能烟囱圆心处共切圆的示意图。
1-共切圆；2-太阳能烟囱；3-平板玻璃；
4-平板玻璃的延长线；5-平板玻璃内沿所在的圆周。
图5为实施方式示意图。
图中：1-集热器外援；2-太阳能烟囱；3-平板玻璃内沿所在的圆周；
4-A组平板玻璃；5-B组平板玻璃。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以1982年德国和西班牙合作在西班牙的Manzanares建造的世界上第1座太阳能热风试验型电站为例，假设在Manzanares电站的太阳能集热器采用本发明的技术，介绍本发明的实施方式。
Manzanares太阳能热风发电装置的具体尺寸为：太阳能烟囱高195米，烟囱直径10米，集热器的直径为240米。
本发明的实施方式可以采用图5所示的平板玻璃的布置方案。如图5所示：沿圆周方向每隔15°布置一片平板玻璃，一共24片玻璃；所有24片平板玻璃共切与太阳能烟囱圆心处的共切圆，共切圆的直径为1米；所有24片玻璃分为A、B两组，间隔布置；A组玻璃长度为80米，B组玻璃长度为110米；为了使平板玻璃具有一定的强度，可以采用厚度大于10毫米的玻璃。

Claims (4)

1.一种用于太阳能热风发电系统的集热器，包括太阳能烟囱，集热器，其特征在于：沿与所述的集热器为同一圆心，直径为0.8～2米的圆的切线方向，垂直地面布置透明材料隔板，透明材料隔板的下沿紧贴集热器的底面，上沿紧贴集热器的顶棚；所述的透明材料隔板将集热器沿圆周方向均分成至少24个区域；透明材料隔板的外沿直达集热器的外缘，其长度为60米～110米。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热风发电系统的集热器，其特征在于：所述的透明材料隔板为平板玻璃，其厚度大于10毫米。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热风发电系统的集热器，其特征在于：所述的透明材料隔板的长度为80米和100米，沿集热器圆周方向间隔均分布置，其间隔距离为2～10米。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热风发电系统的集热器，其特征在于：所述的与集热器为同一圆心的圆的直径为1米。
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