太阳能热利用

☆太阳能热利用就是直接将太阳的辐射能转化为热能的应用。☆主要包括太阳热水器、太阳房、太阳灶、太阳干燥、太阳海水淡化及其它工农业应用。☆2012年，我国太阳能热水器年产量达到6390万m2。☆2010年，我国太阳灶的保有量约为205余万台。☆据不完全统计，我国已建各种类型的太阳能干燥装置200多座，总采光面积近20000m2。太阳能热利用1太阳能供暖技术•太阳能采暖技术直接利用太阳辐射能供暖，也称太阳房(SolarHouse)。•现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房具有太阳能收集器、热储存器、辅助能源系统和室内暖房风扇系统，可以节能75－90%。•太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与建筑设计有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域。一、太阳能直接热利用带集热墙式的被动式太阳房2太阳能热水系统•太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。•太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术。•太阳能热水系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器(储能装置)和循环管路及控制系统。•按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制循环式。我国的太阳能热水器应用稳居世界第一。太阳能热水器真空管式平板式3其它太阳能的热利用技术•太阳能热利用技术处于发展和创新的阶段，新技术、新方法和新产品不断推出。•目前主要有太阳灶、太阳池、太阳炉、太阳能干燥器和太阳能海水淡化系统等。太阳灶太阳灶是一种收集太阳能并将吸收的热量用于炊事的装置。常采用球面的点聚焦型集热器太阳灶主要类型：闷晒式（箱式）、聚光式和热管式。高温太阳炉结构示意图太阳能高温炉原理示意图太阳炉太阳池的定义•太阳池（solarpond，也称盐田）是一种以太阳辐射为能源的盐水池。•它是利用具有一定盐浓度梯度的池水作为集热器和蓄热器的一种太阳能热利用系统。太阳池是一种集中储存太阳能的方式，并可作为热源使用。池水为盐水，一般表层为清水，越往深处盐度越大，底层甚至为饱和状态。池底深而黑，光辐射被池底吸收转变为热能后，除了池底的有限散热，基本不会向水池表面散热（想想：为什么？）。太阳不断辐射、底层水不断储热，水温就越来越高。将池底的热取出，就可以进行各种应用，而且这种热源还比较稳定。世界上最早的太阳池（在死海）•盐水池中随着深度的增加温度也在增加，池底温度高于池表面温度，因此可以利用池底这部分热能，使水分蒸发。卤水、海水或含盐水浓缩到某一盐分达到该温度下条件下的饱和度，甚至过饱和时，该组分以固体盐（或水和盐，甚至水合复盐）的形式析出，达到从多组分复杂卤水、海水或含盐水相中分离某种盐类。二、太阳能热发电技术2.1太阳能热发电的类型和特点•太阳能热动力发电，利用反射镜或集热器将阳光聚集起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动涡轮发电机发电；•利用热能直接转换为电能的装置，将聚集的太阳光和热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发电等。•目前太阳能热发电技术主要为热动力发电系统。2.2太阳能热动力发电•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。目前主要热力发电装置：槽式塔式碟（盘）式太阳能高温利用示例——集中热动力发电3.1槽式太阳能热电系统•抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。图9槽式太阳能热电系统原理图槽式太阳能热电厂产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。图10“内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。槽式太阳能热电厂图11加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目3.2塔式太阳能热电系统塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，推动汽轮发电机发电。图12塔式太阳能热电系统原理塔式电站：用一个中心吸收器取代火力发电站的锅炉。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质(如水)加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。塔式电站的聚光倍数高(1000～3000)，其介质工作温度通常大于350℃，因此通常被称为高温太阳能热发电。塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。但塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%。塔式太阳能热电厂塔式太阳能热电厂2009年4月，西班牙在安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建成当时全球最大太阳能电站。目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到104kW，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中心吸收器上。计算机控制每块反射镜都能独立的根据太阳的位置来调整各自的方位和倾角，这保障了每块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑增加了成本。塔式电站的致命缺点是太阳能电站规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一个计划中的1MW的塔式电站，要用2.93万块反射镜，单镜面积为30m2。这些反射镜布置在3km2的场地上，塔的高度为305m。3.3碟（盘）式太阳能热电系统•碟式系统由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，通过加热接收器内的传热工质，驱动电机发电。图14碟式太阳能热电系统原理碟式太阳能热电装置碟式太阳能热电装置碟式电站缺点——系统复杂•抛物镜如建立一个100MW的盘状抛物镜集热器分散布置的太阳能电站，约需要1～2万个直径为6m的抛物镜。•高温接收器•管路及绝热材料•跟踪控制系统三种发电装置比较表1塔式、槽式、盘式发电装置比较•塔式电站和盘式抛物镜集热器分散布置式电站均为点聚焦，聚光倍数高达500以上。•但塔式电站的跟踪代价高，盘式电站的能量集中代价大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。•槽式电站是线聚焦，聚光倍数小于100。但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发展迅速。塔式、槽式和盘式三种电站技术比较：