一种塔式太阳能热发电的吸热器相变材料保温方法及其装置与流程

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是一种塔式太阳能热发电的吸热器相变材料保温方法及其装置。

背景技术：

从确保能源安全，促进可持续发展角度来讲，太阳能发电技术是缓解当前能源危机的有效手段，应用前景极广。中国太阳能资源十分丰富，1971-2000年的近30年，太阳年总辐照量平均在1050-2450kW·h/m²之间，大于1050kW·h/m²的地区面积占国土面积的96％以上。中国陆地表面每年接受的太阳能辐射相当于1.7万吨标准煤，仅仅开发利用0.7％的太阳能辐射就可以解决目前中国的能源消费问题。

太阳能热发电主要包括槽式、碟式和塔式三种方式，其中塔式热发电系统主要由定日镜场、吸热器、熔盐储罐、换热器以及发电系统组成。对于塔式太阳能热发电系统，吸热器是光热转换的关键设备，而且工作环境恶劣，承受高强度辐射能流、高温及温度分布不均。此外由于启停以及云遮挡引起的吸热器材料热疲劳对吸热器寿命有至关重要的影响。

目前大型塔式热发电站的吸热器多为裸露式，即吸热器外壁面同时为聚光接收面和大气交界面。太阳辐射的大小受天气状况和云层等不可控因素的影响，使系统温度不稳定。当发生云遮挡时，吸热器接收太阳辐射能量急剧减小，而此时吸热器的对外散热却一直发生，因此吸热器壁面温度将急剧下降，严重时可能导致吸热器中熔盐工质的凝固，对吸热器造成致命损伤。当云遮挡消失时，吸热器接收太阳辐射能量突然增大，吸热器壁面温度因此也急剧升高。因此云遮挡造成吸热器剧烈的降温和升温，减短寿命，甚至出现损坏，引发安全事故。本发明提出一种塔式太阳能热发电的吸热器相变材料保温方法，当发生云遮挡时可以快速做出反应，将相变材料覆盖于吸热器表面，减少吸热器表面热损失，减缓吸热器温度下降速度，对吸热器起到保温作用；当云遮挡结束时，在太阳辐射作用下，固态相变材料液化并在重力作用下沿着吸热器滴落，因此可以降低吸热器壁面温度波动，延长吸热器寿命，防止发生安全事故。

技术实现要素：

本发明目的在于缓解目前塔式吸热器在云遮挡时造成吸热器壁面剧烈的温度波动，延长寿命，提高运行的安全性，提出一种塔式太阳能热发电的吸热器相变材料保温方法。本发明的具体技术方案如下：

当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，从吸热器外壁面顶端释放液态相变材料，液态相变材料附着在吸热器外壁面，散热并转变为固态，由于液态相变材料导热系数小，在转化为固体状态时释放热量保持温度稳定，从而降低了吸热器的热损失，减小了吸热器壁温度波动，延长吸热器寿命，防止吸热器内熔盐工质发生凝固，提高系统的安全性，当云遮挡消失时，在太阳辐射作用下，固态相变材料液化并落下，将相变材料收集并通过相变材料输送系统返回吸热器顶部，重复利用。

优选的，吸热器外表面采用纹路、翅片等结构来引导相变材料流动。

优选的，位于吸热器顶端的相变材料利用吸热器出口热工质进行加热，使得相变材料温度与吸热器壁面温度相近，当相变材料下落覆盖吸热器表面时，能够更好地稳定吸热器壁面温度。

更为优选的，相变材料上储箱以及相变材料下储箱有保温装置。

本发明还公开了一种塔式太阳能热发电的吸热器相变材料保温装置，在吸热器外壁面顶端上部设有相变材料上储箱，相变材料上储箱下部设有阀门，吸热器外壁面底端设有用于收集相变材料的相变材料下储箱，相变材料下储箱通过相变材料输送系统向相变材料上储箱输送相变材料，吸热器外壁面上设有用于引导相变材料流动的纹路或翅片。

进一步的，相变材料上储箱以及相变材料下储箱有保温装置。

本发明的有益效果是：

本发明以相变材料作为保温材料，材料成本低、系统控制简单，可以迅速实现覆盖以及掉落，发生云遮挡时，通过熔盐流速单元以及相变材料覆盖单元协调控制，相变材料以指定的厚度覆盖到吸热器外表面上，减少吸热器温度波动；吸热管表面覆盖相变材料时，吸热管壁面温度下降速度比无相变材料覆盖情况下减少至原来的1/3以下，并且在相变材料相变点附近维持稳定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明相对于裸露的吸热器，采用相变材料保温措施，可以大幅降低吸热器表面热损失，减小因云遮挡造成吸热器壁面剧烈的温度波动带来的吸热器材料热疲劳，防止吸热器内熔盐工质的凝固，延长寿命，提高运行安全性；

2、由于相变材料可以快速覆盖以及掉落，因而可以迅速做出动作以应对复杂多变的云遮挡；

3、相变材料的相变点、相变潜热、导热系数、比热容多样，适合不同结构的吸热器，而且导热率低，保温效果好，相变时温度稳定，成本低，可重复利用。

附图说明

图1是塔式吸热器示意图；

图2是本发明采用相变材料保温作用时单侧截面示意图。

图中：吸热器上保温盖1、吸热管2、吸热器下保温盖3、相变材料下储箱4、相变材料5、相变材料上储箱6、阀门7、相变材料输送装置8、电加热9、阀门10。

具体实施方式

如图1所示，吸热器由众多吸热管2排列围绕成圆柱形，吸热管外表面为吸热器外壁面。吸热器外壁面接收太阳辐射，将太阳能辐射转化为热能，传递给吸热管2内的工质，提高工质温度，吸热器的上下还有保温作用的上保温盖1和下保温盖3。相变材料包括熔融盐、金属合金、有机相变材料、混合相变材料。本实施例采用熔融盐相变材料覆盖于吸热管表面，当发生云遮挡时可以降低管壁对外散热，一定时间内保持吸热管温度稳定，减小其温度波动。

该装置基本原理如图2所示，由于装置对称，因此图2只画了一侧的截面图。当发生云遮挡时，阀门10关闭，阀门7打开，相变材料5从相变材料上储箱6滴落，在重力作用下沿着吸热管2向下流动从而附着在吸热管2外壁面，形成一层相变材料保温层，减小吸热管2外壁面的散热损失，并且液态相变材料5在转化为固体状态时释放热量保持温度稳定；待吸热管2外壁面铺满相变保温材料后，阀门7关闭。

当云遮挡消失时，由于太阳能辐射增强，覆盖在吸热管2外壁面上的固态相变材料被加热液化，并在重力作用下沿着吸热管2滴落。滴落的相变材料收集在相变材料下储箱4中，通过电加热设备9升高温度，阀门10打开，相变材料通过相变材料输送装置8重新返回相变材料上储箱6中重复使用。

吸热管表面覆盖相变材料时，吸热管壁面温度下降速度比无相变材料覆盖情况下减少至原来的1/6-1/3以下，并且在相变材料相变点附近维持稳定。