[发明专利]高效太阳能热电冷联用工艺集成装置

说明书

技术领域：

本发明为一种高效太阳能热电冷联用工艺集成装置，属太阳能应用新领域。

背景技术：

在浩瀚宇宙的银河系中，太阳是地球最亲密的伙伴。这个直径为地球直径109倍，质量为地球质量33万倍，离地球平均距离1亿5千万公里的庞大火球，其热核反应辐射出的能量约为每分钟2.273×10²⁸焦，而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一，仅此22亿分之一，就相当于太阳每年无偿馈送给地球1亿个100亿度电的核电厂。正是由于太阳辐射到地球的光和热，才有了地球万物的休养生息，才有了人类的智慧和文明。因此，积极开发和利用太阳能，较之地球上各种生物加化石能源的总和，太阳能是取之不尽，用之不竭的最清洁能源。

人类对太阳能的利用可以追溯到旧石器时代，利用季节的更替采摘和种植农作物，坐北面南居住憩息，就是最古老原始的的太阳能利用。随着人类文明的发展和科技进步，太阳能利用已遍及各个领域，小型太阳能制热技术和产品普及到千家万户，太阳能光伏发电和太阳能热发电已有一定规模。为了使太阳能利用更加规模化，商业化，世界各国先后进行了大量塔式、碟式、槽式太阳能热发电系统的研究和开发。

塔式太阳能热发电系统是利用由微机控制的定日镜同步跟踪太阳，并将太阳光聚焦在中心接收塔的接收器上，在接收器上将聚焦的辐射能转变为热能，加热工质，驱动汽轮发电机发电。早在20世纪50年代前期，原苏联就提出了塔式太阳能热发电系统的设计思路。1981年，世界上第一座并网运行的太阳能热电站由法国、原联邦德国和意大利联合在西西里岛建成，采用182个聚光镜，镜场总面积620m²，蒸汽温度512℃，额定发电功率1MW。1982年，美国加利福尼亚建成第一座10MW太阳能热电站-太阳1号，占地291000m²，中央接收器位于90.8m高的塔顶，产生518℃的高温蒸汽，并通过小功率电机和齿轮箱驱动定日镜双轴跟踪太阳，最大峰值输出11700KW。因年平均效率低于6％，随后耗资4000万美元改造为太阳2号，定日镜增加为192块，300英尺中央吸热器，60％硝酸钠+40％硝酸钾组成熔岩储热系统，并网运行至1998年，目前正在进一步增加定日镜数量和熔岩储热系统，改造为太阳3号，准备实现24小时连续运行。

碟式太阳能热发电系统借助于双轴跟踪，抛物型碟式镜面将接收的太阳能集中在其焦点的接收器上，接收器吸收辐射能并将其转换成热能。在接收器上安装热电转换装置，从而将热能转换成电能。从上世纪80年代起，美国、德国、西班牙、前苏联等国对碟式太阳能热发电系统及其部件进行了大量的研究。最早建造碟式太阳能热发电实验装置的是美国Advanco公司。碟式太阳能热发电系统单机容量一般在5～50kW之间，聚光比可达到3000以上，用氦气或氢气作工质，工作温度达800℃，既可以单台供电，也可以多套并联使用，具有接收器吸热面积小，光电转换效率高的优点。

槽式太阳能热发电系统借助槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到集热管上，通过管内热载体将热量带走加热水产生蒸汽，推动汽轮机发电。19世纪80年代，美国人John Ericsson采用槽形抛物面太阳能集热装置驱动了一台热风机；1907年，德国人Wlhelm Meier申报了一项用槽式抛物面太阳能集热装置生产蒸汽的专利；随后，国际能源机构9个成员国共同参与了一项总功率为500kW示范试验；1985年，美国和以色列联合组成的LUZ国际公司在美国南加州建造了第一座商业化槽式太阳能电站，之后至1991年一共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总装机容量为353.8MW，是世界上规模最大、成效最高的太阳能发电工程。我国对于槽式太阳能热发电虽然起步较晚，但在中科院和中国科技大学前期实验研究的基础上，已相继建成一批100KW、200KW槽式太阳能热发电项目，中国航天科技集团550兆瓦槽式太阳能热发电站项目计划总投资110亿元，已获得国家“863”和国防科工委研发经费支持，将在内蒙达旗展旦召苏木境内开工建设。

上述三种太阳能热发电系统尽管结构不尽相同，但均在下述技术领域进行了深入研究和开发：