太阳能热交换技术

太阳能——热能交换技术2012.11.141、热发电技术1.1太阳能热发电概念和分类1.2太阳能热发电类型1.3其它热发电技术2、供暖技术2.1采暖系统的构成2.2太阳能采暖分类2.3太阳能采暖应用实例3、制冷技术3.1制冷实现3.2太阳能制冷空调3.3太阳能制冷冰箱主要内容太阳能是可再生能源，它资源丰富、遍地都有，既可免费使用、又无需开采和运输，还是清洁而无任何污染的能源。太阳能由于可以转换成多种其他形式的能量，其应用的范围非常广泛，主要有太阳能发电、太阳能热利用、太阳能动力利用、太阳能光化利用、太阳能生物利用和太阳能光—光利用等。但是太阳能的能流密度较低，还具有间歇性和不稳定性，给开发利用带来不少的困难。31、太阳能热发电技术图1－1典型太阳能热发电站热力循环系统原理图41、太阳能热发电技术G太阳锅炉蓄热器锅炉汽轮发电机组凝汽器给水泵凝结水泵概念：太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。分类：根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。1.1太阳能热发电概念和分类分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。1.2太阳能热发电类型图1－2抛物面槽式太阳能热发电系统原理图71.2.1太阳能槽式热发电技术抛物面槽式太阳能热发电华园新能源工程公司生产的太阳能高温发电管，还可以产生550度以上的高温蒸汽，可以应用于太阳能槽式热发电工程。该公司有国内最具规模的直通管和反射槽生产厂,并主持和参与了包括目前亚洲最大的我国首座太阳能槽式热发电项目等多项工程的前期论证、设计。国外发展情况美国上世纪已经建成354MW，西班牙已经建成50MW。图1－3塔式太阳能发电系统原理图1－定日镜；2－接收器；3－塔；4－热盐槽；5－冷盐槽6－蒸汽发生器；7－汽轮发电机组；8－凝汽器101、太阳能热发电技术1.2.2塔式太阳能热发电在地面上布置大量的定日镜，一种自动跟踪太阳的球面镜群。在这一群定日镜中的适当位置建立一座高塔,高塔顶上放置锅炉。各定日镜均使太阳光聚集成点状，集中射到锅炉上，使锅炉里的传热介质达到高温，并通过管道传到地面上的蒸汽发生器，产生高温蒸汽,由蒸汽驱动汽转发电机组发电。塔式发电站的运行温度约5O0℃，热效率15％以上。工作原理塔式太阳能发电自动追踪机构1982年4月，美国在加州南部巴斯托附近的沙漠地区建成一座称为“太阳1号”的塔式太阳能热发电系统。该系统的反射镜阵列，由1818面反射镜环包括接收器高达85.5米的高塔排列组成。1992年装置经过改装，用于示范熔盐接收器和蓄热装置。以后，又开始建设“太阳2号”系统，并于1996年并网发电。今年，以色列Weizmanm科学研究院正在对此系统进行改进。据悉仍在研究实验中。最近几年，我们在太阳能热发电聚光集热技术、高温接收器技术等方面取得了突破性进展，并率先在南京江宁经济开发区建成国内首座70MW塔式太阳能热发电示范工程，并于2005年10月成功并网发电。该工程成功发电，走出了我国多年热发电技术研究徘徊不前的局面，揭开了我国太阳能热发电技术研究全新的一页。日本采用“熔盆储能”的方法,即把晴天获得的太阳辐射能输入某种易熔的盆类(如硝酸盆等),使盆类吸热熔化.而当熔盆凝固的时候,它就释放出热能,以在夜间和隔天产生蒸汽.这样就可以避免发电过程的中断.建造了一个容量10000千瓦的大规模太阳辐射能发电站。改进：也称盘式系统。主要特征是采用盘状抛物面聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。1.2.3太阳能碟式发电碟式热发电系统在20世纪70年代末到80年代初，首先由瑞典US-AB和美国AdvancoCorporation、MDAC、NASA及DOE等开始研发，大都采用Silver/glass聚光镜、管状直接照射式集热管及USAB4-95型热机。进入20世纪90年代以来，美国和德国的某些企业和研究机构，在政府有关部门的资助下，用项目或计划的方式加速碟式系统的研发步伐，以推动其商业化进程。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的，而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到8.9美分/kWh。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的火力电站竞争。优点槽式多聚光器集热器可以同步跟踪，故跟踪控制代价大为降低；具有商业化运行的经验。塔式采用高温熔融盐来蓄热储能，聚光比高，容易达到较高的工作温度；接收器散热面积相对较小，可以得到较高的光热转换效率；有较高的热机效率，而且容易获得配套设备。碟式热力发电效率高，单台装置可独立运行，也可进行模块化组合，构成kW～Mw级的太阳能热电站；模块性结构好，自动控制性好，维护量少；建设周期短，运行成本低。缺点槽式能量在集中过程中依赖管道和泵，管道系统比塔式电站要复杂得多，热量及阻力损失均较大，降低了系统的净输出功率和效率；真空管的寿命还没有得到大规模的验证；定日镜更换成本高。塔式整套塔式发电系统技术复杂，投资巨大，发电成本过高；太阳能电站规模越大，定日镜阵列的占地面积越大，吸收塔的高度也要提升，聚光场与吸热场的优化配合问题还需要研究。碟式碟式聚光镜系统造价昂贵，在热力发电系统中位居首位；采用碟式系统可以得到2,000℃的高温，目前的热发电技术并不能充分发挥这一优点；热熔盐储热技术危险性大。它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。1.3.1太阳坑发电技术太阳坑发电示意图它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。1.3.2太阳能烟囱发电太阳能烟囱发电示意图20世纪90年代，温室气体排放造成的全球变暖问题引起了国际社会的高度重视和广泛关注，利用可再生能源替代常规能源是改变目前能源结构最有效的途径。采暖在国内建筑用能中占据较大份额，北方地区采暖占家庭能耗的一半以上，同时利用原煤作为采暖能源是造成冬季大气污染的主要根源。因此，减少和替代采暖用煤最有效的途径是推广使用太阳能等可再生能源技术。2、太阳能供暖技术热能提供部分，即太阳能集热器和辅助能源储能和换热设备热能利用部分，提供生活热水和采暖2.1太阳能采暖系统构成太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。2.2太阳能采暖分类这种太阳房构造简单，取材方便，造价便宜，无需维修，有自然的舒适感，特别适合发展中国家的广大农村。2.2.1被动式太阳房的示意图在蒸发器吸热后其工质的高温低压过热气体在压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体，放出工质的气化热，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水，供用户使用，同时液态工质再经过降压阀绝热节流后变为低温低压液体，并回到蒸发器定压吸收热源热量，蒸发变为过热蒸汽，完成一个循环过程。被动式太阳能供暖过程风光互补的被动式太阳能供暖蓄热壁住宅被动太阳能供热法国Econcern荷兰的新办公楼更多的玻璃,更多的热质和对空气配送的控制所有的采暖需求可由太阳能满足先进的窗户技术可更灵活地安装窗户，从漫射的辐射获得热能实例:德国和莱索托自足的太阳能房太阳能圆形茅屋,莱索托的Thaba-TsekaFreiburg的太阳房它利用集热器产生的热水采暖，结构简单，蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积，是这种系统的一大优点。2.2.2主动式太阳能采暖无辅助锅炉的主动式太阳房通过太阳能集热器收集太阳辐射能，使其中的热媒被加热，热水沿供热管道送往热用户的散热设备，散热设备将热量散给房间。太阳能集热器相当于常规采暖的热源，当集热器的集热量不足时，则由辅助热源进行补充;当集热器的集热量超过用户的需热量时，则将多余的热量储存在贮热器中。主动式太阳能采暖系统太阳能锅炉工作原理家居供暖模型图屋顶计划第一阶段：被动式太阳房完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用进行集取、储存和分配太阳能第二阶段：主动式太阳房以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统第三阶段：加上太阳电池应用为建筑物提供采暖、空调、照明和用电，完全能满足这些要求的）称为“零能房屋”太阳能建筑2.首次实现太阳能－热泵中央热水系统方案，以太阳能为主要热源，辅以少量的电能驱动双热源热泵，保证了阴雨天气及冬季太阳能资源不足时热水供应，做到全年、全天候供应热水。北京月坛奥运会游泳馆谢谢！