专利名称：一种提高太阳能热气流发电系统发电量的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高太阳能热气流发电系统发电量的方法，属于太阳能热气流发
电技术领域。
背景技术：
太阳能热气流发电系统也称为太阳能塔筒发电系统，其主要建造材料是玻璃和水 泥，建造材料极易获得，这种发电系统不像太阳能光伏和热发电系统，它不需要高技术的设 备和人才，不需要高科技制造技术，不需要冷却水系统，维修也非常简便， 一经建成，运行维 护成本很低。它的缺点是占地面积巨大。由于热空气温度低(温升<55°0，发电的热效 率很低，在人烟荒芜、太阳能资源充沛的沙漠戈壁地区，建造太阳能热气流发电系统有其现 实意义。由于太阳能热气流发电不需要聚光和跟踪系统，换热温差又很低，所以成本相比太 阳能热发电形式具有优势。太阳能热气流发电，只占用沙漠和荒地，不需征用有限的土地， 不会同粮食和果蔬生产发生冲突。沙荒地带是不毛之地，没有人居住，因此不会带来移民难 题，可以省下大量的移民安置资金。将大片的沙荒覆盖，是减少沙尘的有效方法。我国由于 草原的荒漠化，每到冬春季节因少雨扬起的沙尘暴，成了北方诸多城乡的灾害性天气，严重 影响了居民的生产和生活。建设沙漠太阳能热气流发电站，可以减少沙尘天气，对改良气候 有重要意义。太阳能热气流电站运行时，排出的只是热空气，不会产生污染，环保性能极好。 其产生的温室效应和降水，还能改善当地的生态环境，而且设计的规模越大，社会效益越显 著。 太阳能热气流发电系统主要由太阳能巨大集热篷、塔筒、涡轮发电机组和电控系 统4个基本部分构成。集热篷和地面之间有一定的间隙，集热篷中部设有塔筒，在塔筒底部 装有涡轮发电机组。集热篷用透光和隔热的材料制做，能高效吸收太阳能，太阳能透过集热 篷的覆盖层后被吸热层吸收，在集热篷内形成"温室效应"，使集热篷内的空气温度从边缘 到中心不断升高，密度降低；使篷内形成热空气。塔筒由水泥、钢筋、砖石制成，也可使用新 型的合成材料。塔筒在抽吸力下不断把空气向集热篷中心汇集，形成沿塔筒上升的强大热 气流。发电系统由多台热机组成。热机安装在塔筒底部，集热篷及塔筒内强大热气流推动 热机组旋转，从而带动发电机发电；同时，周围的空气被不断地吸入集热篷，形成热力循环。
建造太阳能塔筒来发电的设想最初于1978年提出。西班牙在1981年建成了世界 上第一座太阳塔筒热气流示范电站发电实验原型机组。其天篷区直径240米，空气集热篷 面积为46000平方米，天篷高度2. Om，塔筒高度195. 46米，直径10米。空气涡轮机发电量 为50kW.天篷入口空气温度为298K，塔筒内空气温度为318K，流速为10m/s，流量800kg/s， 总热效率为0. 33%。这个示范电站用于测试材料和收集数据，为今后的商业化运作提供依 据。由于采用了低成本材料，而且太阳塔没有进行有效的保护，在1989年的一场风暴后这 个电站成了一片废墟。但是这个示范电站证明了太阳能热气流发电的可行性。
澳大利亚EnviroMission公司正在准备建造一个规模庞大的太阳能热气流发电 站，即"太阳塔"工程。该发电装置拟建于澳大利亚新南威尔士州(New SouthWales)温特乌斯郡(Wentworth)的波朗格(Buronga)。澳大利亚"太阳塔"工程共分为六个阶段进行 设计优化(已完成)、商业可行性预测和探讨(已完成)、可行性最终讨论(正在进行)、设 计和施工方案的最终审定、施工和调试、投入商业运作。EnviroMission目前还处于第三阶 段运作，主要包括项目协作和筹集资金。"太阳塔"工程设计容量为200丽，塔底入口处空气 温度为7(TC，空气流速为15m/s，塔顶空气出口温度为20°C。到了晚上，白天积聚在热能存 储单元中的热能，此时开始释放出来，继续推动涡轮旋转，因而"太阳塔"可以一年365天、 一天24小时不间断地工作。 我国太阳能热发电技术的研发工作始于20世纪70年代末，由于工艺、材料、部件 及相关技术未得到根本解决，国家相关政策及研发导向重视程度不够，研发经费不足，使热 发电项目的研发相对滞后。 目前安徽凯立科技集团股份有限公司的100兆瓦太阳能热气流实验发电站项目 正在论证过程中。在国内，上海交通大学、华中理工大学及中科院广东能源所等几所院校 在热能及动力工程领域有较强实力的研究机构及高校对太阳能热气流发电技术进行了一 定的研究。上海交通大学对太阳能热风技术在宁夏地区的应用进行了可行性分析，拟构建 一座太阳能热风发电站，该太阳能热风发电站集热面直径500m，太阳能塔筒高200m，直径 10m，并对银川、平罗及贺兰等三个地区的相关数据分析表明，一年内该电站月平均发电功 率大约为110 190kW，能为附近村庄提供电力，集热篷还可用作农用大棚，为促进农业生 产发挥积极作用；华中科技大学为获得太阳能塔筒发电装置内气流流速及温度等分布的情 况中，构建了一座塔筒高度8m，直径0. 3m，集热篷直径10m，其周边距离地面0. lm，在塔筒的 底部安装了一个长约0. 15m的多叶片涡轮机的太阳能热气流发电装置，从而得到了理论分 析与实际装置实验之间的差别。2005年华中科技大学对丽级的太阳能热气流电站的流动 特性及运行特性等问题进行了比较深入的研究。 目前太阳能热气流发电正在蓬勃发展，授权专利主要有利用热气流进行发电的装 置(授权公告号CN100408937C)，一些专利申请公布主要有1、高效太阳能热气流发电系 统；2、基于太阳墙技术的太阳能热气流电站；3、山体竖井式塔筒高效太阳能热气流发电系 统。高效太阳能热气流发电系统采用依山而建的方式，设有变频器和循环泵，并设有热交换 装置。基于太阳墙技术的太阳能热气流电站采用太阳能塔筒依附建筑物墙建立的方式，为 城市建筑节能提供了思路。山体竖井式塔筒高效太阳能热气流发电系统采用全玻璃真空集 热管下方设置反射板的方式。 已公开的太阳能热气流发电系统，无论是已实施的，还是处于研发阶段的，其集热 篷底部均未考虑防止水蒸发的问题。在集热篷内，水的蒸发将引起太阳能热气流发电系统 的热量损失，使发电量降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效提高太阳能热气流发电系统发电量的方法。
本发明的方法是在太阳能热气流发电系统的集热篷底部设置防止水蒸发的设 施。 在太阳能热气流发电系统的集热篷底部设置防止水蒸发的设施，其主要目的是为 了防止在集热篷内的水蒸发。在集热篷内水分的蒸发将引起太阳能热气流发电系统的热量损失，使发电量降低。 本发明的优点是在太阳能热气流发电系统集热篷底部设置防止水蒸发的设施克 服了因水蒸发造成的热量损失，从而提高发电量。另一方面，在巨大集热篷底部设置防止水 蒸发的设施防有效地减少了沙漠水分蒸发量，有利于集热篷周边沙漠绿化，吸收C02，能够 为低碳道路做一些工作。
图1为实施例1的集热篷片断示意图；
图2为实施例2的集热篷片断示意图。 图中1、集热篷透光材料，2、流动空气的空间，3、沙石或沙土覆盖层，4、防止水蒸 发层，5、地基。
具体实施方式
实施例l: 在太阳能热气流发电系统的集热篷底部铺设防止水蒸发的材料，该材料采用塑料 薄膜，在防止水蒸发的材料的上面覆盖沙石，用来固定塑料薄膜，防止塑料薄膜老化，如附 图l所示。 在白天，大面积的集热系统可以为发电系统提供所需热能，根据设置在塔筒内的 温度、风速传感器，经控制和调节热气流的风速和温度，从而实现平稳发电，其余热储存在 集热篷底部防止水蒸发塑料薄膜上面覆盖的沙石里和塑料薄膜下面的地基里，在晚间或阴 雨天，把储存的热能直接释放出来，由于密度差产生浮升力而形成气流，继续推动涡轮机转 动，维持发电。这样无论天气好坏，沙漠太阳能热气流发电系统都能够发电。
实施例2 : 采用沥青覆盖在太阳能热气流发电系统的集热篷底部的地基上面来防止集热篷 底部水蒸发，如附图2所示，防止水蒸发层4采用沥青，其优点1、黑色的沥青换热效率较 高，便于吸收太阳能，也便于把储存在地基里的热能辐射出去；2、可防止高流速气流扬起尘土。
权利要求
一种提高太阳能热气流发电系统发电量的方法，其特征是在太阳能热气流发电系统的集热篷底部设置防止水蒸发的设施。
2. 根据权利要求1所述的提高太阳能热气流发电系统发电量的方法，其特征是防止 水蒸发的设施采用塑料薄膜，上面覆盖沙石。
3. 根据权利要求1所述的提高太阳能热气流发电系统发电量的方法，其特征是防止 水蒸发的设施是在太阳能热气流发电系统的集热篷底部的地基上面覆盖沥青。
全文摘要
本发明涉及一种提高太阳能热气流发电系统发电量的方法，其特征是在太阳能热气流发电系统的集热篷底部设置防止水蒸发的设施。其优点是在太阳能热气流发电系统集热篷底部设置防止水蒸发的设施克服了因水蒸发造成的热量损失，从而提高发电量。另一方面，在巨大集热篷底部设置防止水蒸发的设施防有效地减少了沙漠水分蒸发量，有利于集热篷周边沙漠绿化，吸收CO2，能够为低碳道路做一些工作。
文档编号F03G6/04GK101787965SQ20101000533
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者魏毅立 申请人:包头市爱能控制工程有限责任公司