太阳能热交换技术

1、太阳能热能 交换技术 2012.11.14 1、热发电技术 1.1 太阳能热发电概念和分类 1.2 太阳能热发电类型 1.3 其它热发电技术 2、供暖技术 2.1 采暖系统的构成 2.2 太阳能采暖分类 2.3 太阳能采暖应用实例 3、制冷技术 3.1 制冷实现 3.2 太阳能制冷空调 3.3 太阳能制冷冰箱 太阳能是可再生能源，它资源丰富、遍地都 有，既可免费使用、又无需开采和运输，还是清 洁而无任何污染的能源。 太阳能由于可以转换成多种其他形式的能量， 其应用的范围非常广泛，主要有太阳能发电、太 阳能热利用、太阳能动力利用、太阳能光化利用、 太阳能生物利用和太阳能光光利用等。 但是太阳能的

2、能流密度较低，还具有间歇性 和不稳定性，给开发利用带来不少的困难。 3 图11 典型太阳能热发电站热力循环系统原理图 4 G 太 阳 锅 炉 蓄 热 器 锅 炉 汽轮发电机组 凝汽器 给水泵 凝结水泵 概念：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。 分类：根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器 的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。 分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组， 然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需 的供热温度。 集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平 面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这

3、些 定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地 中心附近的高塔顶端的接受器上。 图12 抛物面槽式太阳能热发电系统原理图 7 抛物面槽式太阳能热发电 华园新能源工程公司生 产的太阳能高温发电管，还 可以产生550度以上的高温蒸 汽，可以应用于太阳能槽式 热发电工程。该公司有国内 最具规模的直通管和反射槽 生产厂,并主持和参与了包括 目前亚洲最大的我国首座太 阳能槽式热发电项目等多项 工程的前期论证、设计。国 外发展情况美国上世纪已经 建成354MW，西班牙已经建 成50MW。 图13 塔式太阳能发电系统原理图 1定日镜； 2接收器； 3塔； 4热盐槽； 5冷盐槽 6蒸汽发生器； 7汽轮发电机组

4、； 8凝汽器 10 1、太阳能热发电技术 1.2.2 塔式太阳能热发电 在地面上布置大量的定日镜，一种自动 跟踪太阳的球面镜群。在这一群定日镜中 的适当位置建立一座高塔,高塔顶上放置锅 炉。各定日镜均使太阳光聚集成点状，集 中射到锅炉上，使锅炉里的传热介质达到 高温，并通过管道传到地面上的蒸汽发生 器，产生高温蒸汽,由蒸汽驱动汽转发电机 组发电。 塔式发电站的运行温度约5O0，热效 率15以上。 1982年4月，美国在加州南部巴斯 托附近的沙漠地区建成一座称为“太阳 1号”的塔式太阳能热发电系统。该系 统的反射镜阵列，由1818面反射镜环包 括接收器高达85.5米的高塔排列组成。 1992年装

5、置经过改装，用于示范熔 盐接收器和蓄热装置。以后，又开始建 设“太阳2号”系统，并于1996年并网 发电。今年，以色列Weizmanm科学研 究院正在对此系统进行改进。据悉仍在 研究实验中。 最近几年，我们在太阳能热发电聚光集热 技术、高温接收器技术等方面取得了突破性进 展，并率先在南京江宁经济开发区建成国内首 座70MW塔式太阳能热发电示范工程，并于 2005年10月成功并网发电。该工程成功发电， 走出了我国多年热发电技术研究徘徊不前的局 面，揭开了我国太阳能热发电技术研究全新的 一页。 日本采用“熔盆储能”的方法,即把晴天 获得的太阳辐射能输入某种易熔的盆 类(如硝酸盆等),使盆类吸热熔化

6、.而当 熔盆凝固的时候,它就释放出热能,以在 夜间和隔天产生蒸汽.这样就可以避免 发电过程的中断.建造了一个容量 10000千瓦的大规模太阳辐射能发电站。 也称盘式系统。主 要特征是采用盘状抛 物面聚光集热器，其 结构从外形上看类似 于大型抛物面雷达天 线。由于盘状抛物面 镜是一种点聚焦集热 器，其聚光比可以高 达数百到数千倍，因 而可产生非常高的温 度。 碟式热发电系统在20世纪70年代末到80年 代初，首先由瑞典US-AB和美国Advanco Corporation、MDAC、NASA及DOE等开始研 发，大都采用Silver/glass聚光镜、管状直接 照射式集热管及USAB4-95型热

7、机。进入20 世纪90年代以来，美国和德国的某些企业 和研究机构，在政府有关部门的资助下，用 项目或计划的方式加速碟式系统的研发步伐， 以推动其商业化进程。 抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式 发电，可以在偏远地区用作独立系统。作为太阳 能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是 可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州 的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容 量的增大，电站的装机造价和发电成本显著下降， 1984年号电站(14MW)造价为5979美元/kW， 发 电成本26.5美分/kWh；到1990年的号电站 (80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/k

8、Wh。因此，抛物面槽式在太阳能丰富 的地区，经济上已能与燃油的 火力电站竞争。 优点优点 槽式 多聚光器集热器可以同步跟踪， 故跟踪控制代价大为降低；具有 商业化运行的经验。 塔式 采用高温熔融盐来蓄热储能，聚 光比高，容易达到较高的工作温 度；接收器散热面积相对较小， 可以得到较高的光热转换效率； 有较高的热机效率，而且容易获 得配套设备。 碟式 热力发电效率高，单台装置可独 立运行，也可进行模块化组合， 构成kWMw级的太阳能热电站； 模块性结构好，自动控制性好， 维护量少；建设周期短，运行成 本低。 缺点缺点 槽式 能量在集中过程中依赖管道和泵，管道 系统比塔式电站要复杂得多，热量及阻

9、力损失均较大，降低了系统的净输出功 率和效率；真空管的寿命还没有得到大 规模的验证；定日镜更换成本高。 塔式 整套塔式发电系统技术复杂，投资巨大， 发电成本过高；太阳能电站规模越大， 定日镜阵列的占地面积越大，吸收塔的 高度也要提升，聚光场与吸热场的优化 配合问题还需要研究。 碟式 碟式聚光镜系统造价昂贵，在热力发电 系统中位居首位；采用碟式系统可以得 到2,000的高温，目前的热发电技术并 不能充分发挥这一优点；热熔盐储热技 术危险性大。 它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上 许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹 面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器， 以获得高温蒸气。 试验证实太阳坑发电的方案是可

10、行的。 它是在一大片圆形土地上盖满玻 璃，圆中心建一高大的烟囱，烟 囱底部装有风力透平机。透明玻 璃盖板下被太阳加热的空气通过 烟囱被抽走，驱动风力透平机发 电。 20世纪90年代，温室气体排放造成的 全球变暖问题引起了国际社会的高度重视和 广泛关注，利用可再生能源替代常规能源是 改变目前能源结构最有效的途径。采暖在国 内建筑用能中占据较大份额，北方地区采暖 占家庭能耗的一半以上，同时利用原煤作为 采暖能源是造成冬季大气污染的主要根源。 因此，减少和替代采暖用煤最有效的途径是 推广使用太阳能等可再生能源技术。 热能提供部分，即太阳能集热器和辅 助能源 储能和换热设备 热能利用部分，提供生活热水

11、和采暖 太阳能采暖可以分为主动式和 被动式两大类。 主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置 作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统 中的锅炉。 被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳 能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太 阳房。 这种太阳房构造 简单，取材方便， 造价便宜，无需 维修，有自然的 舒适感，特别适 合发展中国家的 广大农村。 在蒸发器吸热后其工质的高温低压过热气体在压缩 机中经过绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器 定压冷凝为低温高压的液体，放出工质的气化热， 与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水，供 用户使用，同时液态工质再经过降压阀绝热节流后 变为低温低压液体，并

12、回到蒸发器定压吸收热源热 量， 蒸发变为过热蒸汽，完成一个循环过程。 风光互补的被动式太阳能供暖 蓄热壁 住宅被动太阳能供热 法国 Econcern荷兰的新办公楼荷兰的新办公楼 更多的玻璃,更多的热质和对空气配送的控制 所有的采暖需求可由太阳能满足 先进的窗户技术可更灵活地安装窗户，从漫射的辐 射获得热能 太阳能圆形茅屋,莱索托的Thaba-Tseka Freiburg的太阳房 它利用集热器产生的热水采暖，结构简单， 蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故 不占用室内居住面积，是这种系统的一大优 点。 通过太阳能集热器收集太阳辐射能， 使其中的热媒被加热，热水沿供热管 道送往热用户的散热设备，散热设备 将热量散给房间。太阳能集热器相当 于常规采暖的热源，当集热器的集热 量不足时，则由辅助热源进行补充;当 集热器的集热量超过用户的需热量时， 则将多余的热量储存在贮热器中。 主动式太阳能采暖系统 第一阶段：被动式太阳房 完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材 料的应用进行集取、储存和分配太阳能 第二阶段：主动式太阳房 以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的