CN102269139A - 太阳能高温热电巨型实用能源二次组合聚焦与能量转移传输系统 - Google Patents

Abstract

本技术方案应用光学基本原理，挑战热学第二定律。吸收了太阳能热电的塔式发电和碟式发电的优点，用直径3m塑壳充水球面、玻璃球面透镜、菲涅尔透镜等光学元件折射聚焦，提高了太阳能的能流密度，用抛物面反射二次大面积叠加反射聚焦，变平面聚焦为立体聚焦，获得高倍数的聚焦率，增加运行维修空间和安全检修通道等措施，提高了太阳能热电的效率，取得大功率和高温巨型能源应用，也增加了太阳能源冬季和早晚弱光时间的应用。采用传输导光管道，远距离传输太阳能。形成通用能源。扩展了太阳能的使用地域、范围、季节和时间。可使其负载减少季节、早晚、气候的限制形成能量光速传输转移传送装置。

Description

太阳能高温热电巨型实用能源二次组合聚焦与能量转移传输系统

技术领域

本技术方案属于能源技术领域中的可再生能源的应用技术，涉及应用光学基本原理，挑战热学第二定律，改变太阳光的聚焦和传播方法，进行新的聚焦组合，形成高倍率的聚能光学单元，根据光速特点，使用双层镀膜真空玻璃管道，远距离传送太阳光热能量，形成通用能源。 

背景技术

太阳能是除了地热和核能以外的常规化石能源和再生能源的总生成来源，没有太阳能就没有化石能源和再生能源。而化石能源面临枯竭，人们不能不利用最直接，最大能源——太阳能源。直接开发太阳能的利用效率，与几千万年乃至上亿年形成的化石能源和再生能源所耗费的太阳能量与现时常规化石能源的利用效率相比，有着不在一个数量级的绝对优势。根据地球的水文，地质发展变化的周期预测，保护现有的化石能源以备急用的重要性和紧迫性，也不是每一个从事太阳能开发的人都能理解得很清楚地。直接开发利用太阳能，标志着人类社会造福子孙的文明程度和占领科技发展先机制高点的进步程度。 

从能源品质的角度再观察，太阳能源的自然能流密度低，为1000w/m²。太阳能储备十分巨大，可使用时间以亿年为单位，对环境无碳排污染，运行方便，成本低，只要有阳光的地方皆可形成能源，变害为利，方便可行。通过设施，将热能并网发电，远距离输送能量，是一种高品位能源。 

太阳能不能形成大功率热能发电的阻碍是：1能流密度低，为1000w/m²，与风能相似，与常规热电能源相比有一定差距，阻碍使用。2受气候和天文地理环境的影响和限制，形成断续性，阻碍使用。3按常规观念的习惯思维认为：一次性投资高，阻碍使用。 

发明内容

为了使太阳能高温巨型大功率热能发电，形成新型使用能源，本技术方案采取的方法： 

利用大数量直径3米透明塑壳内充水球面透镜或光学玻璃球面透镜和菲涅尔透镜，对太阳球面放射光线进行折射聚焦，形成高密度的能流密度太阳光柱。用抛物面银反射镜把聚焦后的太阳实像光源的放射光线变成平行光线，再进行大面积聚焦，远距离传输，形成高温巨型大功率热电能源，或再进行深加工用能源。 

具体如下： 

1光学聚能单元 

原理：根据光路可逆性原理，制成透明塑壳内充水球面透镜亦可使用光学玻璃球面透镜和菲涅尔透镜聚焦，根据球面透镜聚焦成实像原理，使太阳光能正射入透镜，形成实像，增大能流密度。 

构造：使用透光率在0.78以上的透明塑料，需容易加工成型，耐热，耐老化即可。制成直径D为3m的球面透镜外壳，内充净水(并留膨胀管)形成球面透镜，进行一次聚焦，可用升降架支撑固定球面透镜，并使球面镜可双轴转动，高低可调，形成阳光垂直正照射入镜面，便于光跟踪和控制二次聚焦的反射光线方向，避免和其他单元的机械安全、维修、运行等方面干扰，增加安全、检修、维护运行的的活动空间。底座可就地取材，金属、水泥、复合材料或其他砌体皆可。 

要求：透镜、固定架、转动系统、底座等的结构，必须满足力学要求(重力风力)和使用功能。利用塑壳内充分球面透镜(塑壳留有冷热膨胀水补充管道)，进行首次阳光聚焦，提高能流密度，降低建设成本，简化制作工艺和降低技术难度，为减少反射镜面打下基础，减少单元相互干扰，使单元可密集排列布置，便于单元多功能多用途使用，以后情况允许，也可使用光学玻璃实体球面透镜和菲涅尔透镜聚焦，上 轴的经轴使球面镜中轴线和太阳光线重合，形成的轨道纬线轴由定时发条控制，始终使球面垂直日光，随日光转动，也可用程序控制。 

2光学二次反射聚焦单元 

原理：利用透镜聚焦成实像特点，使透镜焦点和抛物面反射镜中心重合，改变光线传播方法，把阳光球面反射，反射成高能流密度平行光柱，进行远距离光学多单元叠加反射聚焦于(0-5km)锅炉B处。 

构造：于球面透镜焦点F处，固定抛物面反射镜中心，其反射镜面可随中心调控转动，使平行光能柱永反射到锅炉B处。在0-5km半径范围内，以B为中心，置满直径为3m的球面塑壳透镜和抛物反射镜的一，二次联合聚焦的光学组合单元，最后叠加反射聚焦于锅炉B处。见附图1 

要求：下轴使抛物面随中心F转动，使输出太阳平行光线始终落在B处，完成聚焦。综合太阳能塔式和碟式热电方法的优点，利用透镜折射聚焦和抛物面反射大面积的多次多元聚焦法，构成巨型高温大功率，高质量，高品位的无碳实用能源。蓄热储能装置和发电并网机组，可按常规使用国外技术和设施，因地制宜，或另案处理。 

3光能输送单元 

原理：太阳至地球为1.5亿公里，光电同为每秒30万公里，可远距离输送，减少光电电光转换中的逆转换损耗。 

构造：利用输送光能的双层真空镀银，铝的管道，输送阳光能量至20km以外地区供能量输送和深加工处理，减少输送耗损。 

要求：双层真空玻璃镀银镀铝管直径随输送能量大小而定，也随着加工的形式种类而定，形成网络，全境调剂。满足力学性能，保证长期使用。见附图2。 

附图说明：图1 

工作原理图，图2 

传输管道截面图，图1中D为塑壳充水球面透镜，或光学玻璃球面透镜，菲湟尔透镜，F为旋转抛物面反射镜，B为机组锅炉或其他热负载，或光学双层，真空漏斗，1为上旋转轴，包括经轴轨道和纬轴轨道。2为下旋转轴，1、2均用定时发条控制。图2为光能传输管道截面，外真空夹层为双面真空镀层，内管道为真空。-·-为球面中心轴线和太阳自然光线-··-为平光能柱。 

具体实施方式

本技术方案，吸取了太阳能热电的塔式发电和碟式发电的优点，用充水塑壳球面透镜折射聚焦，提高了太阳能能流密度，用抛物面反射二次大面积叠加聚焦，并变平面聚焦为立体聚焦，以增加运行维修空间和安全检修通道，提高太阳能热电效率，以形成大功率高温巨型能源进行应用。其高倍率的聚焦作用，可以扩展太阳能温带冬季和严寒地区的太阳能利用，也可以使早晚太阳弱光时刻的太阳能得到利用，提高效率，降低成本。由于使用太阳能光能传输管道，可以是太阳能远距离传送，可清除远距离的云雾，可使有云雾的地区获得良好的阳光环境，扩展太阳能利用地域，取得足够的能量利用空间，取得太阳能利用的良性循环空间，保证充足的工作能量。由于太阳光能被作为能源聚焦应用，很自然就减少了所在地的阳光辐射热能，降低了系统所在地的温度，大面积使用系统就可使气候温度降下来，从而可以调节地球温度乃至调节气压和气候，改变生态环境，而消除气候方面的自然灾害。光学单元的底座，可利用其覆盖性，在沙漠地区使用。首先荒漠干燥不易兴云起雾，有良好的利于聚能环境。光学单元的底座可以挡风、镇沙、屯尘、积土、改变沙质、治理沙漠。在30-70年的时间，将我国180万平方公里的沙漠变成良田，形成良性循环，变害为利，变废为宝，一举数得，多功能利用。利用光学单元基座的容器性，可以改变人们在荒山野岭野外的生存空间。以利用太阳能取得高品位能源为中心，进行多种经营，开发西部山区经济，繁荣西部。使用由光学单元提供的高品位巨热能源，直接用于使用以电能逆转为热能的生产工艺的企业单位，避免耗费电能逆变为热能的逆转换损耗。在城市利用太阳能热电能源系统，不仅可控制和调节温度，消除城市热岛，改善环境，而且可以延缓建材老化，延长使用时间。也可在冬季向民居输热供暖，保证生活，供热水，热气饮食，形成城市舒适空间。 

为了保证形成巨型实用能源，不光是提高系统效率或降低成本，而且要提高本技术方案的生命力，必须尽量减缩自然条件对其的限制力，尤其是太阳能的断续性对系统的限制。我国是一个地土广大幅员辽阔的国家，每天只有7-8个小时的无光照射区，故采用太阳能输光管道，远距离输送太阳光能，利用阳光的快速传播性能，扩展太阳能利用的地域范围和延长太阳能的利用时间可调峰补谷，对异地能源进行科学的 调度调节，对大的工业基地或城市用电进行早能西补，晚能东送，在全国范围内调剂。对常规的发电机组可进行多用途使用改造，形成多能源使用的发电系统，把现有的能源作为辅助补充能源使用。太阳能的特殊传输方式，工作中极强的方向性和太阳光能的特殊形态可以在其他领域开拓和建树。例如形成阳光轨道对海上陆上空中交通形成的机遇和突破。太阳平行光能源作为一种认识和改造客观的新型工具，在科研、医学、工农业等各个领域得到新的应用，得到迅速发展和提高。其次，可以作为光能的深加工使用。太阳光能经过传输通道，具有特殊的形态，如光的直线平行性，快速性等，也具有良好的光学性能，如均匀的散光和聚焦，均匀的反射和折射。还具有稳定的光色和光谱，以及红外线，紫外线的多种用途和快速的定性定量的对比分析标准性能。更具有特殊的能量加工使用性能。 

Claims (4)

1.用直径为3m以上的塑壳充水球面透镜，光学玻璃球面透镜或菲湟尔透镜等。

2.用旋转抛物面反射镜反射聚焦，改变太阳球面辐射光线为平行光线能柱。构成高聚焦倍率的光学单元。

3.对光学单元底座设置了升降架，变平面聚焦为立体聚焦，并使折射聚焦和反射聚焦象心重合，构成特高倍率的高温热电巨型实用能源。

4.用真空输光管道远距离传输光热能量，形成通用能源。 

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