2017科技部重点研发计划-用于海水淡化的太阳能中高温热电联供技术研究与示范

1、用于海水淡化的太阳能中高温热电联供技术研究与示范 预申报书项目目标项目研发目的及必要性由于水资源分布不合理，我国沿海地区大多为淡水紧缺地区，我 国许多岛屿的淡水资源更加奇缺，只能靠收集雨水和用船从陆地运水 来解决饮用水问题，每吨水的成本有的高达50元，遇到恶劣的天气， 供水还经常得不到保障。而采用海水淡化技术生产淡水，成本低，而 且供水保障较为可靠。我国拥有18000多公里的海岸线，沿海地区经 济又较为发达，工业和居民生活对淡水需求量大， 而且沿海有人居住 的岛屿有几千个，可见该部分市场空间巨大。止匕外，内陆苦咸水地区 淡水资源严重缺乏，却蕴含丰富的地下苦咸水资源， 这些地区由于缺 水而不得不

2、长距离运水，费用十分惊人，这就为利用海水淡化技术进 行低成本的苦咸水淡化提供了广阔的市场空间。电力、淡水资源供应不足一直是限制沙漠、海岛等边远地区资源 开发利用的重要因素，同时注意到沙漠、海岛等地区常年光照强度大、 时间长，太阳能资源十分丰富，利用太阳能进行发电和海水淡化是解 决这些地区电、水资源短缺的重要途径，本项目基于前期在太阳能淡 化、发电方面积累的成果，研发电-热双输出复合型斯特林发动机集 热技术以及相应的自动控制系统，研制具有自主知识产权的中高温太 阳能热电联供示范系统，建设一套分布式光热太阳能电水联产示范工 程。项目总体目标本项课题研究利用三维聚焦跟踪太阳能碟架的高倍聚光特性，研

3、发电能-热能双输出的复合型斯特林发动机集热装置以及相应的碟架 反射镜组，建立具有自主知识产权的中高温太阳能热电联供示范系统。 在高效发电的同时，还能够为多效海水淡化装置提供中高温蒸汽以生 产淡水，且电能与热能的输出比例可调整。主要研究开发内容.电能-热能双输出的复合型斯特林发动机的集热技术发电集热装置和采热集热装置的集成设计：这是本项课题任务的关键技术之一。两部分集热装置的应用目的不同， 对热能品质的要求 完全不相同。因此如何用一个碟架实现对两种不同品质热量的采集和 传输是本课题要解决的关键技术。双输出集热装置热量比例可调技术研究：为适应不同地区，不同 应用场合对热一电负荷比例的不同需求， 本

4、项目确定的研发目标是两 部分输出能量的比例可调节。为此，在采热装置的设计和安装方面采 用新的热电优化配比设计思路。.基于不同品质热量需求的反射镜组设计及其可调聚焦技术反射镜镜型设计和聚焦技术：用于热量输出的集热装置具有和发 电集热装置不同的热参数要求，需要对这部分反射镜的型线-聚光比- 光通量分布状态以及不同于发电部分的聚焦调节模式和策略进行分 析和仿真计算，以期获得良好的热量采集效果。.用与海水淡化的储热技术太阳能作为热源本身存在不稳定供给的特点，在整个系统中配备一定容量的储能环节是必要的。需要研究并选取储热的模式、储热介 质种类、容量大小和在系统中的布置使用方式等问题， 并最终做出示 范装

5、置中储热单元的工程设计并完成加工制造。.斯特林机与带储热的海水淡化装置的系统集成和自动控制电水联产设备通过能量的收集、传输、储存、利用实现太阳能光热发电以及海水淡化功能。这就需要我们整合能量流程的每一个环节， 将每个环节热能循环复用，提高能源利用率。通过试验分析出影响产 能的各个因素和关联性，确定调控方针，研发一套实现水电产量可控 的整体控制系统。.建立百吨级分布式光热太阳能电水联产示范工程在完成上述各项分析研究、工程设计计算和样机制造后，本研究 课题最终将落实到建立一套多能耦合集成的百吨级电水联产示范工 程。主要创新点.建立三维聚焦碟架的中高温热能采集方法及装置.研发在单一碟架上实现中高温供

6、热、发电两种不同品味的热量采 集和传输技术.研究通过反射镜组聚焦调节、斯特林发动机集热传输分配、复合 储能利用等方面实现对造水量和发电量的可控调节方案指标参数3 / 5创新思路创新思路：（传统能源为基础）柴油机与膜法海水淡化一（节能为 亮点）柴油机废热利用与热法海水淡化一（可再生能源为补充）热法 海水淡化与光热太阳能水电联产一集成技术，热力复用、节能减排、 优势互补以往三维太阳能聚光碟架只用于单一的发电，一般所说“斯特林 发动机热电联产”指利用斯特林机的冷端放热做低温供热，温度在 60 C70c左右。这个温度远不能满足多效海水淡化对热源品质的要 求。本项目针对偏远地区、海岛、荒漠等对电 -水有

7、明确需求的应用 场合提出采用三维聚光碟架在发电的同时生产中高温热量作为海水 或苦咸水淡化设备的驱动热源是一个全新的构想和设计。用于斯特林机发电的热量品质很高，必须用极大的加热热流密度 才能达到。而获得中高温蒸汽所需要的加热强度没有那么大。采用一个碟架达到两种不同品质热量的分别输出是又一个创新设计思路。要在不同加热条件下协调两者发（反）射镜面的能量-光路分配和差异 化的运行参数，使之满足不同的热参数需求，就必须做深入细致的分 析、计算和模拟等。技术路线本研究课题在太阳能聚光集热发电、斯特林机、传热和多效海水 淡化等主要涉及学科的基础理论指导下，通过对基本方案的分析论证、 聚光成像模拟、以及载荷、

8、流动、结构设计计算和传热模拟等方法， 确定复合型斯特林发动机集热装置和相应的电能-热能双输出碟架反 射镜组、复合储能设备的全部结构参数以及热参数。在此基础上，完 成各个主要零部件的工程设计和加工制造，包括配套的调节、控制系 统。在部件组装调试完成后，对碟架-斯特林机-双输出部件系统进行 测试，以便充分掌握不同条件下设备的光-热性能，实现光热发电的 同时满足多效海水淡化装置对热源品质和数量的要求并实现水电产 量可调，完成设备整合。研究基础申请者及项目组成员长期从事光热海水淡化、发电、热电联供等方面的研究及成果转化工作，课题组已进行的相关项目（海南省科技 支撑项目“光热蒸储海水淡化技术及装备研发平