CN102852743A - 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统 - Google Patents

一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102852743A
CN102852743A CN2012103589269A CN201210358926A CN102852743A CN 102852743 A CN102852743 A CN 102852743A CN 2012103589269 A CN2012103589269 A CN 2012103589269A CN 201210358926 A CN201210358926 A CN 201210358926A CN 102852743 A CN102852743 A CN 102852743A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
power generation
generation system
solar
hot blast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012103589269A
Other languages
English (en)
Inventor
王子龙
张华�
胡立业
张聪
吴银龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN2012103589269A priority Critical patent/CN102852743A/zh
Publication of CN102852743A publication Critical patent/CN102852743A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，太阳能热风发电系统包括太阳能烟囱、太阳能集热器、位于太阳能烟囱底部的涡轮发电机组，在太阳能集热器底部铺相变蓄热材料。晚上依靠相变蓄热材料所释放出来的热量来驱动涡轮发电机产生的电量，将太阳能热风发电系统与相变蓄热技术结合，最大程度的发挥了两者各自的优势，可以提高热风烟囱的发电量，尤其是夜间的发电量，可以有效解决目前热风发电系统所存在的问题，提高了太阳能的综合利用率，同时降低了发电的成本，扩大了太阳能热风发电系统的应用范围。

Description

一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统
技术领域
本发明涉及一种能源、电力运用技术，特别涉及一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统。
背景技术
在能源问题日益突出的今天，太阳能的开发利用已成为实现能源可持续发展的重点。太阳能发电是一种新兴的可再生能源，其生产过程不会产生环境污染，又不会消耗其它地球资源或导致地球温室效应，因此受到世界各国的重视。
太阳能的利用有光电转换和被动式利用（光热转换）两种方式。光电转换主要是通过光伏电池将太阳能转换成电能，但是现有的光伏电池普遍存在着效率不高、稳定性低、适应能力差、体积庞大且系统复杂等缺点，并且其电池效率随着电池温度的上升而降低，因此，还需增加一定的散热设备，更进一步提高的光伏发电的成本，不利于光伏发电的进一步推广。
太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学J. Schlaich教授于1978 年提出的。该发电系统主要有3个基本组成部分：具有高透光性顶棚(如玻璃) 的集热器、太阳能烟囱和透平发电机组。太阳光以辐射形式加热集热器下面的地面，使之温度升高。环境空气进入集热器后，受地面和阳光加热，密度减小并沿集热器顶进入太阳能烟囱，在太阳能烟囱内由于“烟囱作用”形成上升气流。当集热器面积足够大时，烟囱内的上升气流就可驱动安装在太阳能烟囱内的风力透平发电机组发电。同时，环境空气不断进入集热器，形成持续的气流流动。太阳能热风发电技术具有一系列优点：(1) 太阳能几乎是取之不尽, 用之不竭的清洁能源, 太阳能热风发电对环境无污染；(2) 太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运行；(3) 太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运动部件，维护费用低；(4) 不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖有积极作用。
国内外学者对太阳能热风烟囱产生了浓厚的兴趣。1982 年德国和西班牙合作，在西班牙的Manzanares建造了第1 座太阳能热风试验型电站。这座电站的烟囱高度为195 m，烟囱直径为10.3 m，集热棚直径约242 m，集热器面积约46 000 m2。电站内设置了蓄热系统可实现连续供电。白天透平发电机的转速为1500 r/min，输出功率为100 kW；在夜间透平发电机的转速为1000 r/min，输出功率40kW。1983 年美国科学家Krisst建造了一座烟囱高度为10 m，集热器直径为6 m，输出功率为10W 的庭院式太阳能热风发电装置。1997 年在美国佛罗里达大学花园建造了3 种不同形式的太阳能烟囱模型，并进行了理论和试验研究。土耳其科学家Kulunk在土耳其的伊兹密尔市建造了1 个微型电站，这个电站的烟囱高2 m，直径为7 cm，集热器面积为9m2，发电功率为0.14W，烟囱中的涡轮机转子功率为0.45W，发电机效率为31%。
国内太阳能热风发电技术的研究起步较晚。华中科技大学建立了1座小型的太阳能热风发电装置，并能正常运行。上海理工大学搭建了一座太阳能热风烟囱试验台，试验系统中集热棚直径为6.5m，烟囱高度为10m，烟囱直径为0.3m，发电功率为5W。上海交通大学对将太阳能热风发电技术应用于我国宁夏地区的可行性和方案做了研究。此外，中国科技大学的葛新石和叶宏对太阳能热风发电系统的热力学不完善性做了分析。指出太阳烟囱发电技术实质上是太阳热发电，它受热力学定律的制约，作为热发电系统,热源的热空气温度很低,即使在理想条件下，系统的发电效率也较低。
我国现在正处于飞速发展阶段，其能源消耗量巨大，据相关部门统计，2010年我国总发电量是4.23万亿千瓦时，其中，火力发电占80.7%，水力发电占16.2%，核电占1.8%，风力发电占1.2%，太阳能发电占0.1%。因此，新能源尤其是太阳能发电有较大的提升空间。传统的太阳能热风发电技术存在以下缺点：1.其发电效率较低；2.占地面积较大；3.蓄热系统体积大且性能较低。传统的太阳能热风发电技术存在以下缺点：1.其发电效率较低；2.占地面积较大；3.蓄热系统体积大且性能较低；4.夜间发电量有限；5.经济性较低。
发明内容
本发明是针对目前目前太阳能热风发电系统发电效率，特别史夜间发电效率低的的问题，提出了一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，将太阳能热风发电系统与相变蓄热技术结合，最大程度的发挥了两者各自的优势，可以提高热风烟囱的发电量，尤其是夜间的发电量，可以有效解决目前热风发电系统所存在的问题，提高了太阳能的综合利用率，同时降低了发电的成本，扩大了太阳能热风发电系统的应用范围。
本发明的技术方案为：一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，太阳能热风发电系统包括太阳能烟囱、太阳能集热器、位于太阳能烟囱底部的涡轮发电机组，在太阳能集热器底部铺相变蓄热材料。
所述相变蓄热层材料的相变蓄热温度从30℃～90℃。
所述太阳能集热器为直径100～10000米的圆形区域，并放置在支撑组上，支撑组的高度由圆形的边缘到中心逐步升高，以利于空气受热后上升。
所述太阳能集热器根据内部温度的不同划分成不同的区域，从内到外分别为高温区、中温区、低温区。所述太阳能集热器底部铺设的相变蓄热材料根据太阳能集热器的不同区域采用不同的相变蓄热材料。
本发明的有益效果在于：本发明一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统, 大幅度提升了太阳能热风发电系统的夜间发电量，延长了太阳能热风发电系统的工作时间，提高了发电效率；太阳能集热器由具有镀膜层的透光玻璃构成，与普通的透光玻璃相比，这种类型的玻璃具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，降低了集热器内的热损失，提高了系统的效率；将太阳能集热器内部温度与相变蓄热材料的相变蓄热温度对应，采用与相变蓄热技术结合的方式，最大限度的提高了系统的综合利用率，提高了系统的整体经济性；将太阳能集热器内部热量场与相变蓄热材料的数量相对应，进一步提高了系统的工作效率，降低了其发电成本；本发明的太阳能热风发电系统建设成本较低，技术相对成熟，建成后的运行维护费用也较低，扩大了太阳能热风发电系统的应用范围。同时，较为适合我国的国情，也是可能部分替代我国以火力发电为主的极好途径，将会具有十分巨大的经济、社会和生态效益，具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为太阳能热风发电系统原理图；
图2为太阳能热风发电系统温度分布图；
图3为本发明结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统结构示意图。
具体实施方式
结合农业生产的实际情况合理利用太阳能热风发电系统，如图1所示太阳能热风发电系统原理图，太阳能热风发电系统包括太阳能烟囱1、太阳能集热器3和位于太阳能烟囱底部的涡轮发电机组2，图中的4为地面。当有太阳辐射时，太阳能集热器3通过吸收高强度的太阳能辐射能量，再加之具有镀膜层的透光玻璃，使得太阳能集热器3内的空气温度远高于环境温度，在太阳能烟囱1内空气由于“烟囱作用”形成上升气流，从而带动位于烟囱底部的涡轮发电机2转动，进行发电。
太阳能烟囱1高度为50～2000米，其内径为1～200米；太阳能集热器3为直径100～10000米的圆形区域，并放置在支撑组上。支撑组的高度由圆形的边缘到中心逐步升高，以利于空气受热后上升；所述的太阳能集热器3的材料为透光玻璃，但通常的玻璃有着非常高的辐射率，为了提高热效率（保温性能）可以在加胶玻璃中采用一层薄膜，镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，这样就可以大大降低因辐射而造成的集热器内的热能向外部的传递，从而最大限度的加热集热器内部的空气。
如图2所示太阳能热风发电系统温度分布图，太阳能集热器3可根据集热器内部温度的不同划分成不同的区域，从内到外分别为高温区、中温区、低温区。
如图3所示结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统结构示意图，在太阳能集热器3底部铺相变蓄热材料5。太阳能集热器3内部根据温度的不同划分成不同的区域，相变蓄热材料5根据温度区域以及热量区域的不同，按照相变蓄热材料5相变温度的不同进行布置，即在高温区布置相变温度较高的相变蓄热材料5，而在温度较低的区域布置相变温度较低的相变蓄热材料5。图中为在太阳能集热器3内热量较大的区域布置数量较多的相变蓄热材料5，而在热量较低的区域布置数量较少的相变蓄热材料5。所述的相变蓄热层材料5的相变蓄热温度从30℃～90℃。
本发明的太阳能热风发电系统的发电量包括两个部分：一是涡轮发电机2在白天产生的电能；一是晚上依靠相变蓄热材料5所释放出来的热量来驱动涡轮发电机2产生的电量。虽然由于采用了相变蓄热材料5，涡轮发电机2白天的发电功率会受到一些影响，但是相比传统的太阳能热风发电系统，由于本发明所述的系统在夜间的发电量要高，因此本发明所述系统的总体经济效益要高。初步计算结果表明：采用与相变蓄热技术相结合的太阳能热风发电系统比传统的太阳能热风发电系统的整体经济效益可以提高30%左右，并且可以适用于太阳辐射强度相对不高的地区，扩大了太阳能热风发电系统的应用范围。

Claims (5)

1.一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，太阳能热风发电系统包括太阳能烟囱、太阳能集热器、位于太阳能烟囱底部的涡轮发电机组，其特征在于，在太阳能集热器底部铺相变蓄热材料。
2.根据权利要求1所述结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，其特征在于，所述相变蓄热层材料的相变蓄热温度从30℃～90℃。
3.根据权利要求1所述结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，其特征在于，所述太阳能集热器为直径100～10000米的圆形区域，并放置在支撑组上，支撑组的高度由圆形的边缘到中心逐步升高，以利于空气受热后上升。
4.根据权利要求1所述结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，其特征在于，
所述太阳能集热器根据内部温度的不同划分成不同的区域，从内到外分别为高温区、中温区、低温区。
5.根据权利要求2所述结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统，其特征在于，
所述太阳能集热器底部铺设的相变蓄热材料根据太阳能集热器的不同区域采用不同的相变蓄热材料。
CN2012103589269A 2012-09-25 2012-09-25 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统 Pending CN102852743A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103589269A CN102852743A (zh) 2012-09-25 2012-09-25 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103589269A CN102852743A (zh) 2012-09-25 2012-09-25 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102852743A true CN102852743A (zh) 2013-01-02

Family

ID=47399628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012103589269A Pending CN102852743A (zh) 2012-09-25 2012-09-25 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102852743A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181937A (zh) * 2014-08-07 2014-12-03 西安交通大学 一种太阳能光伏、太阳能热气流烟囱发电集成装置
CN104607001A (zh) * 2015-01-13 2015-05-13 宁波瑞信能源科技有限公司 太阳能梯级相变蓄热间接蒸汽辅助二氧化碳捕集系统
CN105649883A (zh) * 2016-03-11 2016-06-08 广州华新科实业有限公司 热能造风辅助的风力耦合衡定发电方法及系统
CN106194613A (zh) * 2016-09-19 2016-12-07 青海中水数易信息科技有限责任公司 聚光型太阳能热气流发电系统
CN106286171A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 青海中水数易信息科技有限责任公司 并联式太阳能热气流发电系统
CN112963971A (zh) * 2021-03-08 2021-06-15 上海海事大学 一种具有储热功能的烘干机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1830061A2 (en) * 2006-02-22 2007-09-05 Jonas Villarrubia Ruiz Generator of electric current using ascendant hot air
WO2006098662B1 (en) * 2005-03-17 2007-10-04 Nazar M Hassan The solar minaret
WO2008022372A1 (en) * 2006-08-21 2008-02-28 Pure Solar Power (Ip) Pty Ltd Device for generating electricity from solar power
AU2009203009A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-25 Code Valley Corp Pty Ltd Cooling system
CN102338052A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 陆飞飞 太阳能热气流发电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006098662B1 (en) * 2005-03-17 2007-10-04 Nazar M Hassan The solar minaret
EP1830061A2 (en) * 2006-02-22 2007-09-05 Jonas Villarrubia Ruiz Generator of electric current using ascendant hot air
WO2008022372A1 (en) * 2006-08-21 2008-02-28 Pure Solar Power (Ip) Pty Ltd Device for generating electricity from solar power
AU2009203009A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-25 Code Valley Corp Pty Ltd Cooling system
CN102338052A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 陆飞飞 太阳能热气流发电系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181937A (zh) * 2014-08-07 2014-12-03 西安交通大学 一种太阳能光伏、太阳能热气流烟囱发电集成装置
CN104607001A (zh) * 2015-01-13 2015-05-13 宁波瑞信能源科技有限公司 太阳能梯级相变蓄热间接蒸汽辅助二氧化碳捕集系统
CN105649883A (zh) * 2016-03-11 2016-06-08 广州华新科实业有限公司 热能造风辅助的风力耦合衡定发电方法及系统
CN105649883B (zh) * 2016-03-11 2019-06-21 广州华新科实业有限公司 热能造风辅助的风力耦合衡定发电方法及系统
CN106194613A (zh) * 2016-09-19 2016-12-07 青海中水数易信息科技有限责任公司 聚光型太阳能热气流发电系统
CN106286171A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 青海中水数易信息科技有限责任公司 并联式太阳能热气流发电系统
CN112963971A (zh) * 2021-03-08 2021-06-15 上海海事大学 一种具有储热功能的烘干机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101892960B (zh) 风光塔式发电装置及方法
CN204329345U (zh) 一种多能互补的复合式锅炉系统
CN102128150B (zh) 高聚光太阳能热气流风光耦合塔发电系统
CN102852743A (zh) 一种结合相变蓄热技术的太阳能热风发电系统
CN102823458B (zh) 太阳能光伏电热变功率蓄能农业大棚
CN101702597A (zh) 太阳能高温蓄热式热发电方法及装置
CN101237199A (zh) 结合光伏技术的太阳能热风发电系统
CN202176465U (zh) 高聚光太阳能热气流风光耦合塔发电系统
CN205641138U (zh) 利用风电光伏空气可再生能源的供热系统
CN103352802A (zh) 垂直轴风力与太阳能热气流互补发电装置
CN102155365B (zh) 一种热砂蓄热太阳能碟式斯特林机发电装置及其方法
CN102852744A (zh) 一种农业生产与太阳能热风发电系统结合的方法
CN202545151U (zh) 一种利用太阳能和地热能的联合发电装置
CN202082057U (zh) 一种热砂蓄热太阳能碟式斯特林机发电装置
CN201983524U (zh) 一种独立发电式多能互补地源热泵系统
CN202545152U (zh) 一种利用太阳能和地热能的联合发电装置
Schlaich et al. Solar Updraft Towers
CN103378647A (zh) 一种风力发电和太阳能发电一体化复合发电系统
CN103233868A (zh) 一种低温太阳能和旋转风能综合利用装置
CN202521896U (zh) 一种太阳能集热发电装置
CN204783495U (zh) 一种高效太阳能储热发电系统
CN105756872A (zh) 一种太阳塔光热和光伏发电装置及其发电方法
CN104821775A (zh) 太阳能发电系统
CN204851555U (zh) 一种蝶式分布的太阳能低温发电系统
CN204082112U (zh) 利用光热能的采油系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130102