專利名稱：一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，屬于太陽(yáng)能光熱發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是指太陽(yáng)光的輻射能量。在太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”聚變成“氦”的原子核 反應(yīng)，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽(yáng)能。太陽(yáng) 能是一種綠色、潔凈、取之不盡的能源。人類對(duì)太陽(yáng)能利用大體上就有三種太陽(yáng)能光熱、光 電和光化學(xué)的能量轉(zhuǎn)換，而用于產(chǎn)生電力的轉(zhuǎn)換方式只有太陽(yáng)能光熱和光電的轉(zhuǎn)變。光電 轉(zhuǎn)換的形式比較單一，主要的利用形式是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能光熱電的轉(zhuǎn)換方式和其設(shè)備 裝置就比較多。太陽(yáng)能光熱電轉(zhuǎn)換的一個(gè)最常見(jiàn)原則就是設(shè)法通過(guò)太陽(yáng)能的收集獲得水蒸 汽，通過(guò)蒸汽透平做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。常規(guī)太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)使用的都是高溫太陽(yáng)能資源。高溫太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)最主 要使用高溫?zé)嵩吹脑蚴瞧渫钙桨l(fā)電單元是常規(guī)Rankine循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，為了保證其熱經(jīng) 濟(jì)性，就必須提高熱力循環(huán)的初始溫度和壓力。太陽(yáng)能資源是能量密度較低的資源，這就導(dǎo) 致常規(guī)太陽(yáng)能光熱發(fā)電必須通過(guò)特殊的裝置來(lái)聚集低能量密度的能量，從而能提供足夠的 熱量來(lái)加熱水，得到高溫高壓的水蒸汽。比如太陽(yáng)能塔式發(fā)電，槽式發(fā)電等，都需要投入巨 資建設(shè)太陽(yáng)能聚集裝置。以下便介紹幾種常見(jiàn)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)。一、塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)是在空曠平地上建立高大的塔，塔頂安裝固定一個(gè)接收器相當(dāng)于鍋爐， 塔的周圍安置大量的定日鏡，將太陽(yáng)光聚集并反射到塔頂?shù)慕邮掌魃袭a(chǎn)生高溫，接收器 內(nèi)生成的高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電按加熱工質(zhì)的不同又可以分為兩種，一種是加熱純水，另一種 為加熱鹽水溶液。在鹽塔式太陽(yáng)能熱利用發(fā)電站里，數(shù)千塊日鏡將太陽(yáng)光聚焦到塔樓頂部吸熱體 上，熱量轉(zhuǎn)入吸熱體內(nèi)的鹽水溶液，其溫度從265°C升高到565°C，然后高溫溶液送到熱鹽 儲(chǔ)存器中，通過(guò)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，蒸汽透平做功后，冷凝放熱冷卻后又重新回到冷鹽儲(chǔ) 存器里，通過(guò)鹽溶液泵升壓后再次打入吸熱體內(nèi)。盡管塔式熱發(fā)電系統(tǒng)起步較早，人們也一直希望通過(guò)盡可能多的定日鏡將太陽(yáng) 能量聚集到幾十兆瓦的水平，但是塔式系統(tǒng)的造價(jià)一直居高不下，產(chǎn)業(yè)化困難重重，其 根本原因在于定日鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前典型的塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡都有兩個(gè)特點(diǎn)一是 定日鏡的反射面幾乎都采用普通的球面或平面，二是定日鏡的跟蹤都使用傳統(tǒng)的方位角 仰角公式。這兩個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)導(dǎo)致塔式太陽(yáng)能聚光接收器存在著以下難以克服的問(wèn)題第一、太陽(yáng)在塔上聚焦的光斑在一天之內(nèi)呈現(xiàn)大幅度變化，導(dǎo)致聚光光強(qiáng)大幅度 波動(dòng)，普通球面或平面反射鏡無(wú)法克服由于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的像差。由于太陽(yáng)的盤面效應(yīng)， 各個(gè)反射鏡在中央塔上形成的光斑大小隨著它與中心塔的距離增加而線性增長(zhǎng)，塔上最后3形成的太陽(yáng)聚焦光斑在一天之內(nèi)可以隨定日鏡場(chǎng)的大小從幾米變化到幾十米之大，因此塔 式太陽(yáng)能熱發(fā)電站光光強(qiáng)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。再加上各個(gè)定日鏡的不同余弦效應(yīng)，塔式系統(tǒng) 的光熱轉(zhuǎn)換效率僅為60%左右。盡管目前在一些比較講究的塔式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)不同的 定日鏡開(kāi)始采用不同曲率半徑的球面以減小太陽(yáng)在塔上聚焦光斑的尺寸，但光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜 性大大增加導(dǎo)致制造成本也跟著大幅增長(zhǎng)。第二、眾多的定日鏡圍繞中心塔而建立，占地面積巨大的中央塔的建立必須要保 證各個(gè)定日鏡之間互相不能阻擋光線。各個(gè)定日鏡之間的距離隨著它們與中心塔距離的增 加而大幅度增長(zhǎng)，因而塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的占地面積隨著功率等級(jí)的增加而呈指數(shù)性激增。由于上述這些問(wèn)題，塔式熱發(fā)電系統(tǒng)盡管可以實(shí)現(xiàn)1000°C的聚焦高溫，但一直 面臨著單位裝機(jī)容量投資過(guò)大的問(wèn)題。目前塔式系統(tǒng)的初投資成本為3. 4萬(wàn) 4. 8萬(wàn)元， 而且造價(jià)降低非常困難，所以塔式系統(tǒng)50多年來(lái)始終停留在示范階段而沒(méi)有推廣開(kāi)來(lái)。二、槽式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)是一種借助槽形拋物面反射鏡將太陽(yáng)光聚焦反射到聚熱管上，通過(guò)管內(nèi)熱 載體將水加熱成蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的清潔能源利用裝置。槽形拋物面太陽(yáng)能發(fā)電站的功 率為10 1000MW。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電是目前所有太陽(yáng)能熱發(fā)電站中功率最大的。系統(tǒng)集 熱器采集到的熱量傳遞到管內(nèi)流動(dòng)的熱載體上，熱載體可以是水蒸氣、熱油或鹽水等，所用 的反射鏡由貧鐵玻璃制成，它必須有足夠的制造精度以便在任何情況下都能有效地反射太 陽(yáng)光線。槽形拋物面太陽(yáng)能收集器所采用的反射鏡是拋物面柱。反射的陽(yáng)光聚焦在一條 直線上，安置在焦點(diǎn)線上的真空管玻璃集熱器吸收被聚焦的太陽(yáng)能輻射，溫度可以達(dá)到 400°C，高溫載熱質(zhì)在中間換熱器中加熱水產(chǎn)生水蒸汽，自身溫度下降，通過(guò)載熱質(zhì)循環(huán)泵 流回太陽(yáng)能集熱器吸熱，構(gòu)成熱源一回路。產(chǎn)生的水蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)透平做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī) 發(fā)電，排氣在冷凝器中冷凝成水，經(jīng)冷凝水泵和給水泵升壓后，再回中間換熱器，繼續(xù)循環(huán)， 此構(gòu)成第二回路。槽式系統(tǒng)以線聚焦代替了點(diǎn)聚焦并且聚焦的管線隨著圓柱拋物面反射鏡一起跟 蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，這樣就解決了塔式系統(tǒng)由于聚焦光斑不均勻而導(dǎo)致的光熱轉(zhuǎn)換效率不高的問(wèn) 題，將光熱轉(zhuǎn)換效率提高到70%左右。但是槽式系統(tǒng)也帶來(lái)個(gè)新的問(wèn)題是無(wú)法實(shí)現(xiàn)固定目 標(biāo)下的跟蹤，導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械笨重。由于太陽(yáng)能接收器中間的聚焦管線固定在槽式反射鏡上， 隨著反射每個(gè)槽式反射鏡都是長(zhǎng)、寬的一個(gè)大整體鏡面，風(fēng)阻很大，必須要改變或加強(qiáng)反射 鏡的支撐結(jié)構(gòu)以增加槽式系統(tǒng)的抗風(fēng)性能，這樣必然導(dǎo)致初投資成本和熱發(fā)電成本增加。槽式系統(tǒng)的接收器長(zhǎng)，散熱面積大，槽式系統(tǒng)的太陽(yáng)能接收器是根很長(zhǎng)的吸熱管， 盡管發(fā)展了許多新的吸光技術(shù)。但其散熱包括由熱輻射造成的散熱面積要比其有效的受光 面積大，因此與點(diǎn)型聚光系統(tǒng)如碟式和塔式相比，槽式系統(tǒng)的熱損耗較大。三、碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是由2000多鏡子組成的拋物面反射鏡組成。接收器在拋物 面的焦點(diǎn)上把收集到的600 2000 V的熱源引到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，將傳熱工質(zhì)加熱到750 °C左右，最后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。碟形反射鏡跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，克服了塔式系統(tǒng)較 大余弦效應(yīng)的損失問(wèn)題，光熱轉(zhuǎn)換效率大大提高，一般高達(dá)85%左右。碟式接收器將太陽(yáng)聚焦于旋轉(zhuǎn)拋物面的焦點(diǎn)上，又因?yàn)樘?yáng)能聚光器和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)能非常好的結(jié)合產(chǎn)生電能，其將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的凈效率可達(dá)29. 4%，所以斯特林 循環(huán)在相同的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)是所有太陽(yáng)能發(fā)電中效率最高的。碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)使用 靈活，既可以作分布式系統(tǒng)單獨(dú)供電，也可以并網(wǎng)發(fā)電。 碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與槽式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)及塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的比較如下 表所示
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括至少一個(gè)真空管氨水集熱器(1)， 真空管氨水集熱器(1)的出水口連接氨水氣液兩相分離器(20)的進(jìn)水口，氨水氣液兩相分 離器(20)的氣態(tài)出口連接透平機(jī)(5)的入口，透平機(jī)(5)通過(guò)變速箱(6)與發(fā)電機(jī)(7)相 聯(lián)結(jié)，氨水氣液兩相分離器(20)的液態(tài)低濃度氨水出口同透平機(jī)(5)的乏氣出口共同連接 熱交換器(22)的熱側(cè)進(jìn)口，熱交換器(22)的該側(cè)出口進(jìn)入儲(chǔ)氨罐(2)，熱交換器(22)的冷 側(cè)同冷凝單元(3)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述真空管氨水 集熱器(1)包括至少一個(gè)真空管(8)，真空管(8)通過(guò)外部的支撐結(jié)構(gòu)(11)固定，在真空管(8)內(nèi)的管壁上涂有選擇性吸收涂層，在真空管(8)內(nèi)設(shè)有水平或豎直放置的至少一片翅片(9)，管中沒(méi)有中間傳熱介質(zhì)的U形管(10)穿過(guò)翅片(9)設(shè)于真空管(8)內(nèi)，U形管(10)的 兩端設(shè)于真空管(8)外。
3.如權(quán)利要求2所述的一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述真空管氨水 集熱器(1)包括至少兩個(gè)所述真空管(8 )，相鄰的兩個(gè)U形管(10 )的端部相互連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述分餾冷凝單 元包括冷凝器(29 )，在冷凝器(29 )內(nèi)的頂部設(shè)有噴淋裝置(25 )，冷凝器(29 )的冷凝側(cè)出口 連接冷卻塔(26)，冷卻塔(26)的出口依次串聯(lián)第三循環(huán)水泵(27)及第三節(jié)流閥(28)后連 接冷凝器(22 )的冷凝側(cè)進(jìn)口。
5.如權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述真空管氨水 集熱器(1)的個(gè)數(shù)為2個(gè)以上時(shí)，真空管氨水集熱器(1)之間可以串聯(lián)或并聯(lián)組成真空管氨 水集熱器裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)氨罐(2)的 出口同水泵(23)相連，水泵(23)將儲(chǔ)氨罐(2)內(nèi)的氨水再次打入所述真空管氨水集熱器 (1)內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能氨水熱電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括至少一個(gè)真空管氨水集熱器，真空管氨水集熱器的出水口連接氨水氣液兩相分離器的進(jìn)水口，氨水氣液兩相分離器的氣態(tài)出口連接透平機(jī)的入口，透平機(jī)通過(guò)變速箱與發(fā)電機(jī)相聯(lián)結(jié)，氨水氣液兩相分離器的液態(tài)低濃度氨水出口同透平機(jī)的乏氣出口共同連接熱交換器的熱側(cè)進(jìn)口，熱交換器的該側(cè)出口進(jìn)入儲(chǔ)氨罐，熱交換器的冷側(cè)同冷凝單元連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，布置緊湊，可成套生產(chǎn)，成本較低，集熱效率高，循環(huán)效率高。
文檔編號(hào)F03G6/06GK201827032SQ201020292488
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者張高佐, 戴軍, 施德容, 郭佳 申請(qǐng)人:上海盛合新能源科技有限公司