CN105626405B - 一种带储热装置的太阳能碟式系统的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带储热装置的太阳能碟式系统的制备方法。该方法的技术方案给出了基座与倾斜集热柱与储能箱与斯特林机之间最佳的位置连接关系，解决了现有技术中的碟架头重脚轻的问题，亦即大大减轻了碟架的负荷；同时，相对基座的中心轴使集热柱与此之间具有一定倾斜角，使集热柱顶端的集热器可以更好地集热从而提高了整个系统的集热效率；将斯特林机设置在储热箱的一侧可以很好地解决斯特林机的散热问题；并且将石墨层作为集热及导热的材料，将扩容增量的硫酸钠作为无机物相变蓄热材料，可以使斯特林机始终处于一种稳定的工作状态。

Description

一种带储热装置的太阳能碟式系统的制备方法
技术领域
本发明涉及一种能延长太阳能碟式发电设备发电时间系统的制备方法，具体地说是一种带储热装置的太阳能碟式系统的制备方法。
背景技术
低成本高性能的储热技术的应用是当前光热发电可以与光伏发电相竞争的最大优势。自光热发电开始实现规模化开发以来，储热就开始在其中扮演重要角色。数十年来，储热技术也在经历着演变，但至今，熔盐储热依旧是最具性价比和最成熟的储热技术。但我们还需看到的是，新兴的储热技术也在逐步获得发展。
较为古老的如Ruths储热技术，也称之为蒸汽储热，对高压过热水蒸汽进行存储。这种技术已经在PS10和PS20两座塔式光热电站中进行了应用，实践证明其成本高昂，推广价值较低。
熔盐储热是唯一实现商业化大规模应用的储热技术。但熔盐储热也拥有自身的缺点和局限性，如不能实现超过550摄氏度以上的运行温度，高于此温度将气化；熔点较高，约在250摄氏度左右，容易出现冻堵事故等。
目前来看，比较有潜力的新兴储热技术当推石墨储热，澳大利亚的Graphite能源公司和西班牙Sener公司都在对这项技术进行研发。Graphite能源公司和澳大利亚的Solastor公司合作利用石墨作为塔式光热电站的吸热和储热介质，并已经建成了一个3MW的Lake Cargelligo示范性项目。其将吸热系统与储热系统集成在了一起，在集热塔上，热量接收器的内部即为石墨材料，其承担着吸收部分热能后与水换热产生蒸汽，另一部分热能同时进行储热的双向任务。整个热量接收和储热系统内部充入氩气以防止氧化。Graphite能源公司总经理Nick Bain表示，“我们的首要目标是设法增加储热温度”。
SENER正在研究高效经济的固态石墨储热解决方案。据Sunshot网站对该项目的介绍信息：这种储热技术理论上可在超过800摄氏度、甚至高达1650摄氏度的温度下稳定应用，无寄生性能源消耗，预期寿命可达30年。
瑞士Airlight能源公司利用空气作为传热介质，利用硅石进行储热。其宣称可实现的储热温度约达650摄氏度。该公司的研发总监Gianluca Ambrosetti表示，“最大的优势是这项技术相对简单并可以实现较高的温度。”
中国专利文献CN103256737A公布了体重太阳能热水器储热式水箱，其主要技术方案是，该水箱内部装有发热体和储热体，储热体内部密封有可选的硫酸钠相变储热材料。
中国专利文献CN013525373A公布了一种复合定形相变储热材料及制备方法，其主要技术方案是，该复合材料以多孔材料为支撑材料，无机水合盐为相变材料，通过多孔材料的毛细吸附作用及表面活性剂的自组装将无积水合盐吸附入支撑材料的多孔结构中制备而成。
然而，如何使得太阳能热发电尽快能够达到：平价上网、变补充能源为替代能源。这是目前太阳能热发电行业尤为关注的问题。经过鄂尔多斯2012 年的十台并网型的示范工程证明了斯特林热机的稳定，同时也证明了采用斯特林热机作为太阳能发电系统的配置是事宜的，从整体设备及它产生的技术效果看，太阳能碟架系统的制备工艺及设置在碟架上的储热装置其位置的设定是关键的因素。
例如，在野外不受控环境下，在仅有5米左右聚焦的条件下，保证碟架及反射镜的不变形，仍然是个巨大的挑战；
又例如，太阳的辐射本身就是一个不断在变化的变量，加上大气本身质量的变化和影响，这就使得系统能否得到稳定的热量来源是较为困难的并随之带来的温度波动也一定会产生的，如此，这就很难、或者说不可能给斯特林发动机提供稳定的工作环境。这样也加大了对斯特林机调整的挑战。
目前采用的碟架系统需要综合考虑发动机的振动与碟架本身的谐振的问题；需要考虑风载荷；需要支撑斯特林机及发电机的负荷；需要足够的稳定精度保证热量的采集；还需要足够的低成本保证项目的经济性。
发明内容
本发明所要解决技术问题是提供一种带储热装置的太阳能碟式系统的设置方法，该方法是基于现有的太阳能碟式发电装置，重新设计系统的结构布局，最终以减少碟架承重、提高碟架双轴追踪效率、储热蓄能稳定、延长系统发电时间为目的，从而改变野外环境下的现有技术中太阳能蝶式发电装置运行效率不高的问题。
为此，本发明解决所述问题的技术方案是一种带储热装置的太阳能碟式系统的设置方法，其中，所述方法包括：分类整备系统的单元部件：基座、储能箱、斯特林机、集热柱、集热器、碟架；之后按以下步骤：
步骤一，设立钢筋水泥基础，；
步骤二，在所述基础上设置带有旋转机构的基座；
步骤三，在所述基座上设置带有无机物相变蓄热材料的储能箱；
步骤四，在储能箱的一侧设置斯特林机；
步骤五，在储能箱的顶部安装带有支脚的旋轴支架；
步骤六，在旋轴支架上安装一根相对基座中心线有一定倾斜角度的集热柱；
步骤八，在集热柱的顶端设置集热器；
步骤九，在集热柱上且距储能箱三分之一的标记处设置带有反射镜片的碟架。
优选的，所述步骤2中的基座是一个旋转的平台。
优选的，所述步骤3中带有无机物相变蓄热材料的储能箱，其中的无机物相变蓄热材料是 Na2SO4。
优选的，所述的步骤4中斯特林机设置在所述旋转平台的一侧。
优选的，所述步骤中4斯特林机可以相对基座悬空地安装在所述储能箱箱体的一侧边。
优选的，所述步骤六中的有一定倾斜角度的集热柱，其柱体的倾斜角是柱体中心线与所述基座中心线的夹角。
相比现有技术，本发明产生的积极效果是：由于本发明的技术方案给出了基座与倾斜集热柱与储能箱与斯特林机之间最佳的的位置连接关系，解决了现有技术中的碟架头重脚轻的问题，亦即大大减轻了碟架的负荷；同时，相对基座的中心轴使集热柱与此之间具有一定倾斜角，使集热柱顶端的集热器可以更好地集热从而提高了整个系统的集热效率；将斯特林机设置在储热箱的一侧可以很好地解决斯特林机的散热问题；并且将石墨层作为集热及导热的材料，将扩容增量的硫酸钠作为无机物相变蓄热材料，可以使斯特林机始终处于一种稳定的工作状态。
附图说明
图1是本发明所述制备方法的实施流程示意图；
图2是利用本发明的方法完成的系统静态位置的示意图。
图中：1-基座，2-储能箱，21-箱顶，22-旋轴支架，23-支脚，3-斯特林机，4-集热柱，5-集热器，6-碟架，7-镜片。
具体实施方式
正是由于现有运行的太阳能碟式发电设备在动态工作时常常出现集热效率不高、斯特林机热机后散热率低下、碟架易变形的问题。如若能解决，则打开了太阳能发电行业正式迈进并网的大门。基于此、究其因，实际上在碟式太阳能发电设备的设计、制造、生产领域，现有的技术态势已趋于成熟。但为何设备运行时尤其是运行一段时间后总是出现发电效率不高的问题呢。细分析并经过反复的验证，原来问题的结症出在设备安装的程序不合理、设备中各部件的相互位置及连接关系稳定性差、储热方式不佳。
针对现况，以下实施例提供的技术方案将予以逐一解决。参见图1，本发明主要的技术贡献在于将带储热装置的太阳能碟式系统如何恰当的设置：首先勘探、确定地形，建立2m²至36 m²范围内的钢筋水泥基础，在该基础上设立一个带有旋转机构的基座1，从俯视角度看，基座1的顶部相当于一个旋转平台，在这个平台上再通过吊装机械将储能箱2定位安装；之后，在储能箱2的顶部21安装旋轴支架22，再将集热柱4轴套连接在旋轴支架22上，接着，调整支脚23使集热柱4相对基座1的中心轴具有一定倾斜角，这个倾斜角就是相对基座所在地的春分时的黄道角，或者说是集热柱4的中心线指向的角度。接着，继续通过吊装机械将集热器5安装在集热柱的顶端，之后把碟架6安装在具有定位有标记41的集热柱4上，该定位标记应清楚的显示碟架是装在了集热柱的距储能箱三分之一处的位置。为了便于记忆，更为了太阳能碟式发电系统工作时碟架不会出现共振现象，现场作业时可将集热柱的长度按三个等分确距，确保碟架在集热柱上的位置不会出现偏差。考虑到施工方便，反射镜片7可事先装配在碟架6上；镜片类型的选择，在本实施例中选的是六棱微弧镜片。
虽然在太阳能蝶式发电领域大都采用斯特林机，但是该设备是很“娇气”的，它对工况环境要求是很高的，否则随着碟架的转动，它的散热效果会出现很大的偏差。故此，本例中刻意将集热柱4设置在基座1（旋转平台）上，而斯特林机3则设置在基座1（旋转平台）的一侧，或者相对直接悬空地把斯特林机3安装在储热箱2的一侧边。
为斯特林机提供稳定的工作环境是储能箱的职责。因此，在安装储热箱之前，有必要先将无机物相变蓄热材料经箱体入口装入箱内。然而，化学性质稳定问题是本例对选择什么样的相变储热材料要优先考虑的问题，尤其在熔融温度与分解温度相差较大，熔融时蒸汽压又很小时，无机物相变蓄热材料的热分解就少，化学腐蚀性也少且使用寿命就长；故，当相变潜热能力较大时就容易满足储热时间长的要求。以上要求皆与斯特林机稳定工作相关联；另外，考虑到无机物相变材料的相变温度应适合于斯特林热机的工作温度，还要考虑到若大面积建设太阳能发电基地对相变储热材料有大批量需求时，材料的成本也可以接受。故，本例采用的无机物相变储热材料是硫酸钠Na2SO4，它的工作参数是：954°C/小时、失重0.056 mg/hr、蒸气压4.74*10-4 torr。
在实施本例之前，本发明选择加工成圆柱形的石墨层作为集热及导热的材料；施工时把它放入在储热箱内的呈圆筒形状的罐体内。当本例中的反射镜的聚热温度在1000°C~1300°C的范围时，石墨层的工作性质依然稳定，而储热材料本身的融化温度也是稳定的。所以只要在储热箱内多放置些硫酸钠，就可以保证储热箱温度的恒定；即直接为斯特林热机的稳定工作提供了一个良好的工况环境。

Claims (6)

1.一种带储热装置的太阳能碟式系统的制备方法，其特征是，所述方法包括：分类整备系统的单元部件：基座、储能箱、斯特林机、集热柱、集热器、碟架；之后按以下步骤：
步骤一，设立钢筋水泥基础；
步骤二，在所述基础上设置带有旋转机构的基座；
步骤三，在所述基座上设置带有无机物相变蓄热材料的储能箱；
步骤四，在储能箱的一侧设置斯特林机；
步骤五，在储能箱的顶部安装带有支脚的旋轴支架；
步骤六，在旋轴支架上安装一根相对基座中心线有一定倾斜角度的集热柱；
步骤八，在集热柱的顶端设置集热器；
步骤九，在集热柱上且距储能箱三分之一的标记处设置带有反射镜片的碟架。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤二中的基座是一个旋转的平台。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤三中带有无机物相变蓄热材料的储能箱，其中的无机物相变蓄热材料是 Na2SO4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤四中斯特林机设置在所述旋转平台的一侧。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤中四斯特林机可以相对基座悬空地安装在所述储能箱箱体的一侧边。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤六中的有一定倾斜角度的集热柱，其柱体的倾斜角是柱体中心线与所述基座中心线的夹角。
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