[实用新型]聚光太阳能水储热发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种聚光太阳能水储热发电系统。

背景技术

在日常生活中，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费，是真正取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能发电是利用太阳能最重要的方式之一，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。随着清洁能源革命的到来，太阳能发电已引起世界各国的高度重视。

太阳能发电分为太阳能光电转换和热电转换两种方式。光电直接转换发电又称为光伏发电。热电转换的基本原理是采用太阳能聚光技术，将太阳能聚集在一个有限面积上，使太阳能的温度达到400℃以上，再将热能传递给水，并产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机发电。因此，这种发电方式又称为聚光太阳能发电。

太阳能光伏发电是目前太阳能发电的主要方式。这种方式有以下两个主要缺点：

第一、光电转换发电系统造价昂贵，达到每千瓦10万元左右。这是目前光伏发电重要的阻碍因素之一。

第二、光伏发电的能源转换效率较低。我国光伏发电的能源转换效率在10～15%左右，生产每吨多晶硅的电耗高达20万千瓦时左右，综合能耗高达80公斤标煤左右。因此，多晶硅产业又是一个高耗能产业。为此，2013年国家颁布了《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，提出：“光伏制造企业应拥有先进技术和较强的自主研发能力，新上光伏制造项目应满足单晶硅光伏电池转换效率不低于20%、多晶硅光伏电池转换效率不低于18%、薄膜光伏电池转换效率不低于12%、多晶硅生产综合电耗不高于100千瓦时/千克。”

正是由于光伏发电的这些弊病，太阳能发电产业再次把重心转移到了太阳能热电转换方面。聚光太阳能发电系称为太阳能发电新的发展方向。国际能源（IEA）下属的AolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会（ESTELA）和绿色和平组织最保守的估计认为CSP到2030年在全球能源供应份额中将占3%～3.6%，到2050年占8%～11.8%，这意味着在未来5～10年内聚光太阳能发电年增长率将达到17%～27%。聚光太阳能发电仍然存在两大技术难题:

第一、天气对发电的影响。由于昼夜、季节、天气乃至每天的不同时刻都对太阳能辐射的影响很大。对于光伏发电而言，太阳能辐射强度仅仅能够影响发电功率的太小，而不会导致发电停止。但对于聚光太阳能发电而言，当太阳能辐射强度小到一定的时间，太阳能就不足以使水产生蒸汽，从而导致发电停止。因此，聚光太阳能发电很不稳定，发电时间很短。据初步估计，平均不到每天的1/3。

第二、聚光太阳能发电的能源转换效率仍然是一个很大的问题。一方面由于发电系统大部分时间不能运行，浪费了大量太阳能；另一方面，由于系统的热负荷受到季节和天气的硬性，导致系统大部分时间处于非正常工况运行，这也使发电效率大幅度降低。

正是这两大技术难题，使得聚光太阳能发电的市场份额远远低于光伏发电。甚至在我国聚光太阳能发电还基本上处于空白，还需要从零开始发展。

由于存在上述问题，关于太阳能储热的技术应运而生，目前大多数储热技术均是采用固体进行储热。然而这种储热方法仍存在以下缺陷：

（1）储热量有限。通常情况下，固体的比热都很低。比如，最好的固体储热材料是石蜡，其比热容为0.511～0.693J/g·K，相当于水的比热的0.5～0.7.石蜡的溶化热为200～220 J/g，大约相当于水的气化潜热的8%，相当于7公斤标煤的热量。石蜡的密度为0.9g/㎝³，每吨石蜡的熔解储热为2～2.2×10⁵kJ，每立方米石蜡大约为2.33×10⁵kJ。因此，固体储热并不能解决大容量储热问题。

（2）固体储热传热很慢。以传导性很很好的钢为例，其液态导热系数大约为50 w/m·K，当导热厚度为0.5m，温差为500℃，传热面积为1㎡时，传热能力仅为12.5kW。对于非金属、大容量的固体容积，其导热能力远远低于这一数字。固体储热的这一特征不仅导致加热很慢，而且取热也很慢。很显然，对于储热功率达到几兆瓦，甚至几十兆瓦的大功率工业储热来说，这种储热方法是不可能满足工业需要的，或者成本非常高昂。

（3）不少固体储热介质存在一定的污染、腐蚀等。并且价格都较高，每吨储热介质都在几千元以上。

为了解决太阳能产业的储热问题，必须发明一种储热容量很大、传热非常迅速、成本较低的储热系统。

实用新型内容