專利名稱：一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源、電力運(yùn)用技術(shù)，特別涉及一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法。
背景技術(shù)：
在能源問題日益突出的今天，太陽能的開發(fā)利用已成為實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源，其生產(chǎn)過程不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，又不會(huì)消耗其它地球資源或?qū)е碌厍驕厥倚?yīng)，因此受到世界各國的重視。太陽能的利用有光電轉(zhuǎn)換和被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)兩種方式。光電轉(zhuǎn)換主要是通過光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，但是現(xiàn)有的光伏電池普遍存在著效率不高、穩(wěn)定性低、適應(yīng)能力差、體積龐大且系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，并且其電池效率隨著電池溫度的上升而降低，因 此，還需增加一定的散熱設(shè)備，更進(jìn)一步提高的光伏發(fā)電的成本，不利于光伏發(fā)電的進(jìn)一步推廣。太陽能熱風(fēng)發(fā)電構(gòu)想是由德國斯圖加特大學(xué)J. Schlaich教授于1978年提出的。該發(fā)電系統(tǒng)主要有3個(gè)基本組成部分具有高透光性頂棚(如玻璃)的集熱器、太陽能煙囪和透平發(fā)電機(jī)組。太陽光以輻射形式加熱集熱器下面的地面，使之溫度升高。環(huán)境空氣進(jìn)入集熱器后，受地面和陽光加熱，密度減小并沿集熱器頂進(jìn)入太陽能煙 ，在太陽能煙囪內(nèi)由于“煙囪作用”形成上升氣流。當(dāng)集熱器面積足夠大時(shí)，煙囪內(nèi)的上升氣流就可驅(qū)動(dòng)安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風(fēng)力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時(shí)，環(huán)境空氣不斷進(jìn)入集熱器，形成持續(xù)的氣流流動(dòng)。太陽能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)具有一系列優(yōu)點(diǎn)(I)太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽能熱風(fēng)發(fā)電對環(huán)境無污染；(2)太陽能熱風(fēng)電廠通過設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行；(3)太陽能熱風(fēng)電廠設(shè)備簡單，透平發(fā)電機(jī)組是唯一的運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)費(fèi)用低；(4)不需冷卻水、不產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，對緩解全球變暖有積極作用。國內(nèi)外學(xué)者對太陽能熱風(fēng)煙囪產(chǎn)生了濃厚的興趣。1982年德國和西班牙合作，在西班牙的Manzanares建造了第I座太陽能熱風(fēng)試驗(yàn)型電站。這座電站的煙囪高度為195m，煙囪直徑為10. 3 m，集熱棚直徑約242 m，集熱器面積約46 000 m2。電站內(nèi)設(shè)置了蓄熱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電。白天透平發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500 r/min，輸出功率為100 kW ;在夜間透平發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為I 000 r/min，輸出功率40kW。1983年美國科學(xué)家Krisst建造了一座煙囪高度為10 m，集熱器直徑為6 m，輸出功率為IOW的庭院式太陽能熱風(fēng)發(fā)電裝置。1997年在美國佛羅里達(dá)大學(xué)花園建造了 3種不同形式的太陽能煙 模型，并進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。土耳其科學(xué)家Kulunk在土耳其的伊茲密爾市建造了 I個(gè)微型電站，這個(gè)電站的煙囪高2 m，直徑為7 cm，集熱器面積為9m2，發(fā)電功率為0. 14W，煙囪中的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子功率為0. 45W，發(fā)電機(jī)效率為31%。國內(nèi)太陽能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚。華中科技大學(xué)建立了 I座小型的太陽能熱風(fēng)發(fā)電裝置，并能正常運(yùn)行。上海理工大學(xué)搭建了一座太陽能熱風(fēng)煙 試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)系統(tǒng)中集熱棚直徑為6. 5m，煙囪高度為10m，煙囪直徑為0. 3m，發(fā)電功率為5W。上海交通大學(xué)對將太陽能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于我國寧夏地區(qū)的可行性和方案做了研究。此外，中國科技大學(xué)的葛新石和葉宏對太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)不完善性做了分析。指出太陽煙囪發(fā)電技術(shù)實(shí)質(zhì)上是太陽熱發(fā)電，它受熱力學(xué)定律的制約，作為熱發(fā)電系統(tǒng)，熱源的熱空氣溫度很低，即使在理想條件下，系統(tǒng)的發(fā)電效率也較低。傳統(tǒng)的太陽能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)存在以下缺點(diǎn)1.其發(fā)電效率較低；2.占地面積較大；3.經(jīng)濟(jì)效益有限。對于我國，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡性，東西部的經(jīng)濟(jì)有一定的差別，這對于太陽能熱風(fēng)煙 的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)在，西部地區(qū)土地資源豐富，但經(jīng)濟(jì)條件較差，建造大規(guī)模的熱風(fēng)發(fā)電煙 有一定的困難，而東部地區(qū)雖然經(jīng)濟(jì)條件較好，但土地資源有限，不適合建造大面積的熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對目前太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益較低的問題，提出了一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，可以有效解決目前熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)所存在的問題，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)緊密結(jié)合，根據(jù)不同條件，最大程度的發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)勢，提 高了太陽能的綜合利用率，提高了土地資源的綜合利用率，同時(shí)降低了農(nóng)業(yè)和發(fā)電的成本，擴(kuò)大了太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，太陽光很強(qiáng)烈時(shí)，太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽能集熱器受到太陽光加熱，其內(nèi)部空氣受熱密度減小并沿太陽能集熱器頂進(jìn)入太陽能煙 ，在太陽能煙 內(nèi)形成上升氣流驅(qū)動(dòng)安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風(fēng)力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電；所述的太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，將此圓形區(qū)域根據(jù)太陽能集熱器溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從圓形中心為內(nèi)到外分為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)；春秋季，將農(nóng)作物依據(jù)不同的生長溫度置于太陽能集熱器下的中溫區(qū)或低溫區(qū)；冬季，將農(nóng)作物依據(jù)不同的生長溫度置于太陽能集熱器下的高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)。所述太陽能集熱器放置在具有拱結(jié)構(gòu)的支撐架上，太陽能集熱器由鍍膜層的透光玻璃制成。所述的太陽能煙囪的高度為100 2000米，其內(nèi)徑為20 200米。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，從原來只適用于荒漠及沙化地區(qū)，擴(kuò)大到所有的地理范圍內(nèi)，擴(kuò)大了太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；太陽能集熱器放置在具有拱結(jié)構(gòu)的支撐組上，與普通的平面式支撐結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)形式的性能和經(jīng)濟(jì)性均較高，降低了系統(tǒng)的建造成本；太陽能集熱器由具有鍍膜層的透光玻璃構(gòu)成，與普通的透光玻璃相比，這種類型的玻璃具有對可見光高透過及對中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，降低了集熱器內(nèi)的熱損失，提高了系統(tǒng)的效率；將太陽能集熱器內(nèi)部溫度與農(nóng)作物生長溫度對應(yīng)，在對太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)影響不大的前提下，采用與農(nóng)作物相結(jié)合的方式，最大限度的提高了系統(tǒng)的綜合利用率，提高了系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性；太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)成本較低，技術(shù)相對成熟，建成后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低；可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件實(shí)現(xiàn)發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的緊密結(jié)合，擴(kuò)大了太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。同時(shí)，較為適合我國的國情，也是可能部分替代我國以火力發(fā)電為主的極好途徑，將會(huì)具有十分巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)原理 圖2為太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)太陽能集熱器支架結(jié)構(gòu)示意 圖3為太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)溫度分布 圖4為本發(fā)明太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合原理圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況合理利用太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)，如圖I所示太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖，太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能煙囪I、太陽能集熱器3和位于太陽能煙囪底部的渦輪發(fā)電機(jī)組2，圖中的4為地面。太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽能集熱器受到太陽 光加熱，密度減小并沿太陽能集熱器頂進(jìn)入太陽能煙 ，在太陽能煙 內(nèi)形成上升氣流驅(qū)動(dòng)安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風(fēng)力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電。所述的太陽能煙囪I高度為100 2000米，其內(nèi)徑為20 200米，所述的太陽能集熱器3為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，并放置在具有拱結(jié)構(gòu)的支撐架7上。如圖2所示太陽能集熱器支架結(jié)構(gòu)示意圖，拱結(jié)構(gòu)是一種很經(jīng)濟(jì)有效的承重結(jié)構(gòu)方式，由于其自承受壓應(yīng)力，所以其截面可以非常的經(jīng)濟(jì)。太陽能集熱器3的材料為透光玻璃6，但通常的玻璃有著非常高的輻射率，為了提高熱效率(保溫性能)可以在加膠玻璃中采用一層薄膜，鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，這樣就可以大大降低因輻射而造成的集熱器內(nèi)的熱能向外部的傳遞，從而最大限度的加熱集熱器內(nèi)部的空氣。如圖3所示太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)溫度分布圖，太陽能集熱器3可根據(jù)集熱器內(nèi)部溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從內(nèi)到外分別為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)，根據(jù)各種農(nóng)作物生長的溫度范圍不同，分別種植在不同的溫區(qū)，充分發(fā)揮了系統(tǒng)的效果。當(dāng)太陽輻射較強(qiáng)，環(huán)境溫度較高時(shí)(如夏季)，可采用如圖I所示的模式，即以發(fā)電為主，太陽能集熱器3通過吸收高強(qiáng)度的太陽能輻射能量，再加之具有鍍膜層的透光玻璃6，使得太陽能集熱器3內(nèi)的空氣溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，在太陽能煙囪I內(nèi)空氣由于“煙囪作用”形成上升氣流，從而帶動(dòng)位于煙 底部的渦輪發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行發(fā)電。此時(shí)，僅進(jìn)行太陽能熱風(fēng)發(fā)電。當(dāng)太陽輻射強(qiáng)，環(huán)境溫度不是很高時(shí)(如春、秋季)，可采用如圖4所示太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合原理圖，圖中5為農(nóng)作物，即發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)共同進(jìn)行。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，依據(jù)不同農(nóng)作物的生長溫度范圍不同，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在圖3所示的中溫和低溫區(qū)中進(jìn)行。此時(shí)，太陽能熱風(fēng)發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)太陽輻射不強(qiáng)，環(huán)境溫度較低時(shí)(如冬季)，可采用如圖4所示的模式，即以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。并將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在圖3所示的高溫、中溫和低溫區(qū)中進(jìn)行。此時(shí)，僅進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這樣，采用本發(fā)明的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的功能包括兩個(gè)部分一是渦輪發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能；一是根據(jù)不同溫度分布而種植的農(nóng)作物。雖然由于采用了農(nóng)作物種植，渦輪發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率會(huì)受到一些影響，但是相比傳統(tǒng)的純發(fā)電的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明所述系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)效益要高。初步計(jì)算結(jié)果表明采用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)比傳統(tǒng)的太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益可以提高30% 40%左右，并且可以適用于太陽輻射強(qiáng)度相對不高的地區(qū)，擴(kuò)大了太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，其特征在于，太陽光很強(qiáng)烈時(shí)，太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽能集熱器受到太陽光加熱，其內(nèi)部空氣受熱密度減小并沿太陽能集熱器頂進(jìn)入太陽能煙 ，在太陽能煙 內(nèi)形成上升氣流，從而驅(qū)動(dòng)安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風(fēng)力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電；所述的太陽能集熱器為直徑100 10000米的圓形區(qū)域，將此圓形區(qū)域根據(jù)太陽能集熱器溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從圓形中心為內(nèi)到外分為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)；春秋季，將農(nóng)作物依據(jù)不同的生長溫度置于太陽能集熱器下的中溫區(qū)或低溫區(qū)；冬季，將農(nóng)作物依據(jù)不同的生長溫度置于太陽能集熱器下的高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)O
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，其特征在于，所述太陽能集熱器放置在具有拱結(jié)構(gòu)的支撐架上，太陽能集熱器由鍍膜層的透光玻璃制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，其特征在于，所述的太陽能煙囪的高度為100 2000米，其內(nèi)徑為20 200米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的方法，太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽能集熱器受到太陽光加熱，其內(nèi)部空氣受熱密度減小并沿太陽能集熱器頂進(jìn)入太陽能煙囪，在太陽能煙囪內(nèi)形成上升氣流驅(qū)動(dòng)安裝在太陽能煙囪內(nèi)的風(fēng)力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電；將圓形區(qū)域的太陽能集熱器根據(jù)溫度的不同劃分成不同的區(qū)域，從圓形中心為內(nèi)到外分為高溫區(qū)、中溫區(qū)、低溫區(qū)；不同季節(jié)，將農(nóng)作物依據(jù)不同的生長溫度置于太陽能集熱器下的不同溫度區(qū)域，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)緊密結(jié)合，根據(jù)不同條件，最大程度的發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)勢，提高了太陽能的綜合利用率，提高了土地資源的綜合利用率，同時(shí)降低了農(nóng)業(yè)和發(fā)電的成本，擴(kuò)大了太陽能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
文檔編號F03G6/06GK102852744SQ201210359059
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者王子龍, 張華 , 胡立業(yè) 申請人:上海理工大學(xué)