CN102538219A - 太阳能综合应用系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种太阳能综合应用系统及其实现方法，集太阳能聚焦、储能、发电、空调、热水供应多功能于一体，该系统具有一个以上太阳能集热装置、储热装置、蒸汽炉、余热发电机、中央空调及热交换器。太阳能集热装置吸收太阳热能并存入高温储热装置，利用其中热能驱动蒸汽炉产生蒸汽驱动余热发电机发电向电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调供暖，并利用空调排出的废液热交换加热生活用水，向用户提供开水或温水。应用本发明技术方案，通过合理的系统架构，使得太阳能热能通过分能级的应用装置得以高效率地综合利用，切实减少了能量流失的可能性；在缓解生活必须或工业生产所需能源方面的压力的同时也大幅减轻了对社会环境的破坏。

Description

太阳能综合应用系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能热能综合应用系统，更具体地说，涉及一种低成本、高效率太阳能全频谱的综合应用系统，可以从家庭、小区、城市或区域等多范围、多场合实施规模化推广。
背景技术
传统的太阳能热利用只有单纯的太阳能发电、单纯的太阳能空调或单纯的太阳能热水器，鲜有将其综合起来应用，故造成多方面不同程度的效率流失，以下分别具体来看。
太阳能热发电——国内、外在热发电领域中，如塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电、碟式太阳能热发电或宁夏哈纳斯新能源集团投资的亚洲首个槽式太阳能-燃气联合循环（ISCC）发电，仅考虑用蒸汽轮机或燃汽轮机（外燃机）来发电，所需的温度均很高。需要找到一种介质在常温下是液体，工作温度范围内和常压下不发生气化，同时单位储热量要大，导热性能要好，流动性要好，这些条件对材料来讲过于苛刻。目前用于太阳能热发电的是腐蚀性极强的熔融盐，在运行温度范围内，常温下为固体，要到达一定温度（如200度左右）才成为液体，这给电站运行带来了安全隐患。
太阳能空调——某太阳能研究所早在九十年代就巳拿出产品；在天津及奥运会上亦有产品在运行，目前还未能达到实用推广阶段。
太阳能热水器——太阳电磁辐射中99.9％的能量集中在红外区，可见光区和紫外区（其中：红外光占百分之48.3、可见光占百分之43、紫外光占8.7）。在地面观测的太阳辐射波段范围大约为0.295nm～2.5nm。短于0.295nm和大于2.5nm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其它大气分子的强烈吸收，不能到达地面。
目前太阳能热水器产品均是非聚焦的，不能全频谱利用。故现有的太阳能热水器的热利用效率均非常低，水箱与之又组成一体产品很重，管接口又常常漏水，楼顶住户往往不愿意其它住户安装。虽然亦巳推出安装在凉台上用的太阳能热水器产品，终因效果低于一般的太阳能热水器产品而很难推广，近期又在太阳能热水器的水中发现有亚硝酸盐这样的致癌物质。
综上来看，现有太阳能热利用从任何一个单一应用方向均存在诸多缺陷，特别是热转化效率不同程度低下，急需对此作出改善。
发明内容
本发明的目的旨在提出太阳能综合应用系统及其实现方法，以解决提高太阳能热能综合利用效率的问题，同时实现环境污染的减负。
本发明为实现的上述一个目的，提供一种太阳能综合应用系统，其特征在于：所述系统具有一个以上太阳能集热装置，与全部太阳能集热装置相连并汇聚的高温储热装置，与高温储热装置循环相连的蒸汽炉，与蒸汽炉排气口顺次相连的余热发电机、中央空调及与空调排水口相连的热交换器，其中所述中央空调为吸收式空调或吸附式空调，所述热交换器具有一路空调排液口与蒸汽炉之间的放热回路和另一路通过热水出水口与外界相连的吸热回路。
进一步地，所述太阳能综合应用系统为家庭应用型，仅具有一个外置的太阳能集热装置及蒸汽炉，且所述余热发电机的电输出接入家庭电网，余热发电机所具的废汽接入家用供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水出水口接入家庭热水网。
进一步地，所述太阳能综合应用系统为小区应用型，具有多点分布的数个太阳能集热装置，所述蒸汽炉、余热发电机、中央空调和热交换器集中设置于小区中，且所述余热发电机的电输出接入小区电网，余热发电机所具的废汽接入小区供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水输出口接入小区热水网。
进一步地，所述太阳能综合应用系统为城市或区域应用型，具有设于空旷地带的太阳能集热装置，所述蒸汽炉、余热发电机、中央空调和热交换器集中设置于太阳能集热装置周边，所述余热发电机的电输出接入城市或区域电网，且余热发电机所具的废汽排放连接至城市供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水输出口接入城市或区域内的热水用户。
更进一步地，所述太阳能集热装置至少为聚焦式的集热器，且所述集热器具有与地球同步旋转的控制单元。
本发明为实现的上述另一个目的，提供一种太阳能综合应用实现方法，其特征在于：采用一个以上太阳能聚焦集热装置吸收太阳热能并存入储热装置，利用储热装置中的热能驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用该蒸汽驱动余热发电机产生电能向电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调进行供暖，并利用空调排出的废液通过热交换的方法加热生活用水，向最终用户提供清洁的开水或温水，其中所述中央空调为吸收式空调或吸附式空调。
进一步地，在家庭应用中，仅利用一个外置的太阳能集热装置吸收太阳热能并驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向家庭电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调对家庭进行供暖，并利用中央空调排出的废水通过热交换的方法加热家庭水网中的生活用水，向家庭用户提供清洁的开水或温水。
进一步地，在小区应用中，利用多点分布的数个太阳能集热装置吸收太阳热能，并通过储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向小区电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动小区内安置的中央空调进行供暖，并利用中央空调排出的废水通过热交换的方法加热小区热水网中的生活用水，向家庭用户提供清洁的开水或温水。
进一步地，在城市或区域应用中，利用设于空旷地带的规模化太阳能集热装置吸收太阳热能，并通过高温储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向城市或区域电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调进行供暖，中央空调的废液经热交换的方法加热生活用水，向城市或区域内集中分布的热水用户提供清洁的开水或温水。
较之于现有技术，应用本发明技术方案的有益效果是：通过合理的系统架构，使得太阳能热能通过分能级的应用装置得以高效率地综合应用，切实减少了能量流失的可能性，更重要的是，通过对可再生能源的充分利用，在缓解生活必须或工业生产所需能源方面的压力外，也大幅减轻了对社会环境，特别是二氧化碳排放量方面的压力。
附图说明
图1为本发明太阳能综合应用系统的架构示意图。
图2为本发明太阳能综合应用系统的架构示意图。
具体实施方式
针对现有技术在太阳能全光谱应用上的低效率问题，本发明提出了一种高性价比、高效的太阳能综合应用系统及其实现方法，该系统或称之为“赛帕”（SEPAH）系统。概括来看，如图1所示，该系统具有一个以上太阳能集热装置，与全部太阳能集热装置相连并汇聚的高温储热装置（详见专利号为ZL 200720052026.6的公开说明），与储热装置循环相连的蒸汽炉，与蒸汽炉排气口顺次相连的余热发电机（即图示的发电机组）、中央空调，以及与中央空调排水口相连的热交换器。其中该中央空调为吸收式空调或吸附式空调（图示的空调机组），该热交换器具有一路中央空调排液口与蒸汽炉之间的放热回路和另一路通过热水出水口与外界相连的吸热回路。在太阳能热利用领域，旋转抛物面反射镜一直是会聚太阳光最有效的装置，故其中该太阳能集热装置至少为聚焦式的集热器，且具有与地球同步旋转的控制单元。
其具体实现方法为：采用一个以上太阳能集热装置吸收太阳热能并存入高温储热装置，利用高温储热装置中的热能驱动蒸汽炉产生低压蒸汽（约200℃），进而利用该蒸汽驱动余热发电机发电向电网输送，同时采用余热发电机的废汽（约130℃）驱动中央空调进行供暖或供冷，并利用中央空调排出的废液（约100℃）通过热交换器加热生活用水，向用户提供清洁的开水或温水，其中该中央空调为吸收式空调或吸附式空调。
根据本发明在不同场合、规模下的应用，给出如下三个实施例。
实施例1：在家庭应用中构建家庭应用型太阳能综合应用系统，该系统仅具有一个外置的太阳能集热装置及蒸汽炉，而余热发电机、家用中央空调和热交换器可以安置在用户认为合适的地方，也可以室内设置。该余热发电机的电输出接入家庭电网，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，该热交换器的热水出水口接入家庭水网。对于外置的太阳能集热装置的设置，通常在北回归线以北或南回归线以南的范围内可广泛适用，中间楼层也可安装在有向南或向北的外墙壁上。
在应用实现过程中，利用一个外置的太阳能集热装置吸收太阳热能并驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用蒸汽驱动余热发电机产生电能向家庭电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动家用中央空调对家庭进行供暖、供冷，并利用空调排出的废水通过热交换器加热家庭水网中的生活用水，向家庭用户提供清洁的开水或温水。由此即可满足以家庭为单位的电、热（冷）、开水或温水等多方面需求，同时高效利用了太阳能集热装置所吸收的太阳能热能。
实施例2：在小区应用中构建小区应用型太阳能综合应用系统，该系统具有多点分布的数个太阳能集热装置，可以设在小区内每栋楼宇的屋顶，在北回归线以北或南回归线以南的地区，也可按装在中间楼层有向南或向北的外墙壁上或空旷地带。而蒸汽炉、余热发电机、中央空调、热交换器集中设置于小区中的某一个作为公用设施的区域，且该余热发电机的电输出接入小区电网，中央空调为用户供热或供冷，热交换器的热水输出口接入小区热水网。
在应用实现过程中，利用多点分布的数个太阳能集热装置吸收太阳热能，并通过储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用蒸汽驱动余热发电机产生电能向小区电网输送，同时采用余热发电机的废汽驱动小区内中央空调进行供暖或供冷，并利用中央空调排出的废水通过热交换器加热小区热水网中的生活用水，向用户提供清洁的开水或温水。由此即可满足小区内绝大部分用户的电、取暖或冷、开水或温水等多方面需求，太阳能热能利用效率显著提高。
实施例3：在城市或区域应用中构建城市或区域应用型太阳能综合应用系统，该系统具有设于空旷地带（通常为城市的郊外或太阳能辐射量为一类的地区）、道路上方、停车场上方、河（湖、海）边、朝南山坡地、湿地、建筑物顶层等集中设置规模化的太阳能集热装置（着眼于规模化应用，其具体数量可视场地大小、需求而定），该蒸汽炉、余热发电机、中央空调和换热器集中设置于太阳能集热装置周边。而该余热发电机所发的电输出可以直接接入城市或区域电网，余热发电机所具的废汽排放口直接连中央空调后接热交换器的放热回路，该热交换器的热水输出口接入城市或区域内热水网，向热水用户提供开水或温水。此处由于后段的中央空调及开水或温水应用，相对远离人口密集地区（也可跳过空调这一环节），直接换热形成清洁的开水或温水，并且热水输出口的接入点或许会相对单一，偏向于热水损耗量较大的工矿企业或邻近的小区用户，如图2所示。
在应用实现过程中，在空旷地带、道路上方、停车场上方、河（湖、海）边、朝南山坡地、湿地、建筑物顶层等集中设置数十个～数百个（甚至上千个）的太阳能集热装置用来吸收太阳热能，并通过储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用蒸汽驱动余热发电机所发电能向城市或区域电网输出，同时采用余热发电机的废汽直接通过热交换法加热生活用水，向城市或区域内集中分布的热水用户提供清洁的开水或温水。
从环境效益来看：在太阳能辐射量为一类地区建一个70663万KW的此类太阳能应用系统，可发电6万亿KWh电量，较之于目前仍相对主流的火力发电，可以节约：
6×1012KWh×0.400KG/KWh＝2.400×109吨标煤；
6×1012KWh×0.272KG/KWh＝1.632×109吨碳粉尘；
6×1012KWh×0.030KG/KWh＝1.800×108吨二氧化硫；
6×1012KWh×0.015KG/KWh＝9.000×108吨氮氧化物；
6×1012KWh×0.997KG/KWh＝5.982×109吨二氧化碳。
单就二氧化碳这个指标来看，根据BP公布的数据，中国2010年的总排放量为83.3亿吨（全球的总排放量为331.6亿吨），而本技术方案的实施，可以有效降低我国二氧化碳排放量的70%以上。
综上可见，通过合理的系统架构，使得太阳能热能通过分能级的应用装置得以高效率地综合应用，切实减少了能量流失的可能性，更重要的是，通过对可再生能源的充分利用，在缓解生活必须品或工业生产所需能源方面的压力外，也大幅减轻了对社会环境破坏的压力。

Claims (9)

1.太阳能综合应用系统，其特征在于：所述系统具有一个以上太阳能集热装置，与全部太阳能集热装置相连并汇聚的高温储热装置，与高温储热装置循环相连的蒸汽炉，与蒸汽炉排气口顺次相连的余热发电机、中央空调及与空调排水口相连的热交换器，其中所述中央空调为吸收式空调或吸附式空调，所述热交换器具有一路空调排液口与蒸汽炉之间的放热回路和另一路通过热水出水口与外界相连的吸热回路。
2.根据权利要求1所述的太阳能综合应用系统，其特征在于：所述太阳能综合应用系统为家庭应用型，仅具有一个外置的太阳能集热装置及蒸汽炉，且所述余热发电机的电输出接入家庭电网，余热发电机所具的废汽接入家用供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水出水口接入家庭热水网。
3.根据权利要求1所述的太阳能综合应用系统，其特征在于：所述太阳能综合应用系统为小区应用型，具有多点分布的数个太阳能集热装置，所述蒸汽炉、余热发电机、中央空调和热交换器集中设置于小区中，且所述余热发电机的电输出接入小区电网，余热发电机所具的废汽接入小区供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水输出口接入小区热水网。
4.根据权利要求1所述的太阳能综合应用系统，其特征在于：所述太阳能综合应用系统为城市或区域应用型，具有设于空旷地带的太阳能集热装置，所述蒸汽炉、余热发电机、中央空调和热交换器集中设置于太阳能集热装置周边，所述余热发电机的电输出接入城市或区域电网，且余热发电机所具的废汽排放连接至城市供暖的中央空调，中央空调的废液通入热交换器的放热回路，所述热交换器的热水输出口接入城市或区域内的热水用户。
5.根据权利要求1至4所述的太阳能综合应用系统，其特征在于：所述太阳能集热装置至少为聚焦式的集热器，且所述集热器具有与地球同步旋转的控制单元。
6.太阳能综合应用实现方法，其特征在于：采用一个以上太阳能聚焦集热装置吸收太阳热能并存入储热装置，利用储热装置中的热能驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用该蒸汽驱动余热发电机产生电能向电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调进行供暖，并利用空调排出的废液通过热交换的方法加热生活用水，向最终用户提供清洁的开水或温水，其中所述中央空调为吸收式空调或吸附式空调。
7.根据权利要求6所述的太阳能综合应用实现方法，其特征在于：在家庭应用中，仅利用一个外置的太阳能集热装置吸收太阳热能并驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向家庭电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调对家庭进行供暖，并利用中央空调排出的废水通过热交换的方法加热家庭水网中的生活用水，向家庭用户提供清洁的开水或温水。
8.根据权利要求6所述的太阳能综合应用实现方法，其特征在于：在小区应用中，利用多点分布的数个太阳能集热装置吸收太阳热能，并通过储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向小区电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动小区内安置的中央空调进行供暖，并利用中央空调排出的废水通过热交换的方法加热小区热水网中的生活用水，向家庭用户提供清洁的开水或温水。
9.根据权利要求6所述的太阳能综合应用实现方法，其特征在于：在城市或区域应用中，利用设于空旷地带的规模化太阳能集热装置吸收太阳热能，并通过高温储热装置汇聚后驱动蒸汽炉产生蒸汽，进而利用所述蒸汽驱动余热发电机产生电能向城市或区域电网输出，同时采用余热发电机的废汽驱动中央空调进行供暖，中央空调的废液经热交换的方法加热生活用水，向城市或区域内集中分布的热水用户提供清洁的开水或温水。
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