CN1587689A - 利用太阳能发电的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

利用太阳能发电的方法及装置。本发明属太阳能开发利用领域，它是利用太阳辐射的能量将水加热至60度－80度储存，然后用水再加热低沸点工作介质(氨、氟里昂、二氧化碳等)，使之汽化，产生高压蒸汽，推动汽轮机，带动发电机发电，然后蒸汽进入冷凝器冷凝成液态，再由泵打入蒸发器进行下一循环发电工作。冷凝器采用普通河水、井水或海水均可(20度－25度)冷凝。整个工作过程无污染，只有少量水的损耗，因此，发电成本极低。

Description

利用太阳能发电的方法及装置
本发明属太阳能开发利用领域。本方法和装置主要为如何利用低品位热能进行发电提供了方法。
由于传统的燃料能源一天天的减少，对环境造成的危害日益突出，发展太阳能利用等可再生能源的时代已经来临。许多国家都进行着这方面的研究和开发。而我国更是能源需求大国。因此，开发利用新型洁净能源更是具有重大的现实意义。
与本发明临近的技术，是“太阳池热发电系统”(引自《新能源发电技术》中国电力出版社)太阳池实质上是一个含盐量具有一定浓度的盐水池。池的上部保有一层较轻的新鲜水，底部为较重的盐水，使在沿太阳池的竖直方向维持一定的盐度梯度。太阳光的可见光和紫外线部分可以透过几米深的清净水，这部分辐射能量将被池的深色底部吸收。由于净水体是一个很好的有效绝热体，因此，良好设计的太阳池的最底层的水，由于不断吸热而可能沸腾。必须尽量避免这种沸腾，这是因为池底水一旦沸腾，将毁坏池内稳定的密度梯度。所以，在设计用于各种太阳热利用和热发电的太阳池时，必须做到既能有效地进行大量有用热的转移，而又可切实避免池底水沸腾。
太阳池面积通常有1ha大小，不能采用不同工质的热交换管网进行换热。热力学原理指出，流体层可以从池底缓慢移走而不扰乱水体主体。这样就可以用泵从池底抽出被加热的盐水，通过热交换器换热后，再送回池底。由于回流的流体比抽出的流体温度低，因此能够做到将加热的盐水从池底抽出，同时维持池内所需要的密度梯度而不致扰动太阳池正常工作。
应用太阳池的上述特性，将天然盐水湖建成太阳池，就是一个巨大的平板太阳集热器。利用它吸收太阳能，再通过热交换器加热低沸点工质产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电，这就是太阳池热发电的原理。
以色列奥尔马特汽轮机公司在美国加州东圣伯纳第诺地区一个干涸湖泊上建筑了世界上最大的太阳池发电站，其总净发电功率为48MW，第一组12MW机组于1985年投入运行，整座电站于1987年12月投入运行。
这座电站有4个盐水湖，每个面积48*1000平方米，池深3.6---4.8米，可供1-2组汽轮发电机组发电。池底的浓盐水被太阳光加热后，温度可达93.3度。用泵将浓盐水抽出，通过热交换器加热氟里昂，使之汽化，产生过热蒸汽，驱动低沸点工质汽轮发电机组发电。汽轮机排出的蒸汽经凝汽器凝结后，返回热交换器再进行加热。系统运行温度可达82.2度。该电站由奥尔马特公司设计，建造和经营，产生的电能卖给加州爱迪生电网。
目前此技术属于开发示范应用阶段。由于建造太阳池需要一定的地域限制，只能在沿海或盐水湖地区建造，且技术难度较高，适宜大容量并网发电。
因此，本发明的目的在于创造一种可广泛应用于任何区域，只要有水和太阳的地方即可发电的方法。
本发明的装置主要由：太阳能箱组(1)，保温水箱(7)，低沸点工质蒸发器(8)，汽轮机(10)及发电机(9)，冷凝器(11)，冷凝水箱(13)，泵(12)等几大部分组成。太阳能箱组(1)为一组箱体由保温材料制成，内表面由黑色吸光材料(黑色塑料等)制成，顶部由双层真空玻璃(或高透光多层内充气塑料薄膜)密封而成。倾角由所在地区纬度不同而定，以太阳光垂直射入安放为佳。内装高透光塑料水袋(2)，(2)的上部有入水阀(6)和放气阀(5)，下部有出水阀(3)组成，如此结构可使太阳光透过(2)，直射底部吸光材料，由底部向上加热，热效率可比真空管式太阳能热水器提高20％以上，且成本造价可大幅度降低。若独立使用，即可作为太阳能热水器使用。(2)采用软体透明塑料袋为盛水材料，优点是可有效防止水的结垢，并使材料更换成本很低。出水阀(3)由出水管道(4)与保温水箱(7)相连，(7)由保温，密闭，防水材料构成，底部一侧垫高，可使降温后的冷水容易由放水阀(16)排出。保温水箱(7)可设计一个备用箱，用来多储存热水，以备夜晚或无阳光天气使用。保温水箱(7)内装有低沸点工质蒸发器(8)，(8)内装有液态低沸点工质(氨、氟里昂、二氧化碳)，(8)由金属散热材料制成。(8)通过管道与汽轮机(10)连接，(10)联带发电机(9)，汽轮机(10)的出气口通过管道连接冷凝器(11)，冷凝器(11)与水泵(12)连接，泵(12)与蒸发器(8)连接。冷凝器(11)置于冷凝水箱(13)内，冷凝水箱(13)上部有入水阀(14)，底部有出水阀(15)，底部一侧垫高，从而使冷却循环水容易排出。
本发明的工作过程如下：先将水经入水阀(6)注入高透光塑料袋(2)中，关闭放水阀(3)，并同时打开放气阀(5)，待(2)中水注满后，关闭(5)、(6)。可取就近水源(河水、井水或海水，20度-25度)作为冷凝循环水，由入水阀(14)注入冷凝水箱(13)，由出水阀(15)排出循环使用。待高透光塑料袋(2)中的水经太阳能加热至60度——80度时，打开出水阀(3)和放气阀(5)，将热水注入保温水箱(7)内，蒸发器(8)内的液态低沸点工质经热水加热后，吸收热量，迅速汽化，产生高压蒸汽，推动汽轮机(10)带动发电机(9)发电，然后蒸汽进入冷凝器(11)中，在冷凝水作用下冷凝成液态，再由泵(12)重新排入蒸发器(8)，进行下一循环工作。冷凝水由入水阀(14)进入，由出水阀(15)排出，进行循环工作。保温水箱(7)内的热水，在工作一段时间后，温度降低，沉入箱底，由放水阀(16)排出，送回太阳能箱组(1)中继续循环使用，如此，热水不断流入，以使系统源源不断提供电能。
本发明采用热水箱组进行加热，有效地解决了不同水质的结垢问题给设备带来的不便。
本发明既可采用海水也可采用普通清水作为热转换工作介质。不受任何地域条件的限制，可小规模单独发电，也可大容量并网发电，且简单易行。
本发明以太阳能为能源，无污染，运行成本极低，是发展洁净能源的理想方法。
附图说明：
本发明的原理示意图：(1)太阳能箱组；(2)高透光塑料水袋；(3)出水阀；(4)出水管道；(5)放气阀；(6)入水阀；(7)保温水箱；(8)低沸点工质蒸发器；(9)发电机；(10)汽轮机；(11)冷凝器；(12)泵；(13)冷凝水箱；(14)入水阀；(15)出水阀；(16)出水阀。

Claims (6)

1.利用太阳能发电的方法及装置，通过太阳能将水加热，然后再用热水加热蒸发器中的低沸点工作介质，使之汽化，产生高压蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。其特征是：太阳能箱组(1)用于将水加热到60度-80度，然后引入保温水箱(7)内以提供热能加热蒸发器(8)内的低沸点工作介质，使之迅速汽化，产生高压蒸汽，推动汽轮机(10)，带动发电机(9)发电，然后进入冷凝器(11)冷凝成液态，由泵(12)送回蒸发器(8)内进行下一循环。冷凝器(11)采用自然状态下就近水源(如井水，河水，海水，20度-25度)作为循环冷却水，不污染环境，且成本低廉。
2.按照权利要求1.所述的装置，其特征是太阳能箱组(1)为一组箱体由保温材料制成，内表面由黑色吸光材料制成，顶部由双层真空玻璃或高透光多层内充气塑料膜构成，内装高透光水袋(2)，倾角以太阳光垂直射入为佳。其优点为热效率高且可有效防止不同水质的结垢且成本低廉。太阳能箱组(1)单独使用，可作为太阳能热水器使用。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征是：太阳能箱组(1)中的水，既可以使海水，也可以使普通的淡水。
4.按照权利要求1.所诉的装置，其特征是保温水箱(7)由保温，密闭，防水材料构成。其底部一侧垫高，可使冷却后的水容易由放水阀(16)流出。
5.按照权利要求1.所诉的装置，其特征是蒸发器(8)内为低沸点工作介质。
6.按照权利要求1.所诉的装置，其特征是冷凝器(11)由金属散热材料制成，冷凝循环水是既可以用普通井水和河水，也可以用海水。
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