【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及塔式太陽能光熱領(lǐng)域的聚光吸熱系統(tǒng)優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著清潔能源利用的推廣，太陽能作為一種清潔可再生能源備受關(guān)注，其中塔式太陽能聚光光熱發(fā)電具有高聚光比，能夠產(chǎn)生較高工作溫度，從而產(chǎn)生高參數(shù)蒸汽帶來高發(fā)電效率；同時(shí)基于儲能技術(shù)的發(fā)展，第二代塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)配有儲能裝置，能夠克服太陽能發(fā)電在夜晚無法工作的缺點(diǎn)，因此塔式太陽能聚光光熱發(fā)電技術(shù)在近些年得到大力推廣。
2、太陽光輻射吸收器是塔式太陽能聚光光熱系統(tǒng)的核心部件，目前正在運(yùn)行的塔式吸收器形式主要有多管外露式吸收器與腔室吸收器等。多管外露式吸收器采取將平行吸熱管進(jìn)行圓周布置，吸收器外露的一側(cè)其可以接收四面各處鏡場反射而來的太陽光，這使得系統(tǒng)可以布置足夠大面積的橢圓形定日鏡場，土地利用率較高，更大面積的聚光鏡場也可以匯聚更高的輻射能流密度，產(chǎn)生更高溫度的吸熱介質(zhì)以提高做功能力；但外露式吸收器在高溫下產(chǎn)生的熱輻射會直接耗散到周圍環(huán)境中，帶來較高的熱輻射損失。腔室吸收器采取將吸熱器布置在腔室內(nèi)部，通過腔體的開口收集太陽輻射，這使得吸熱器發(fā)射的熱輻射受腔室限制而被二次吸收，減少了熱輻射耗散，但腔室吸收器通常避免在多側(cè)開口收集太陽光，以保證足夠的光捕獲能力，目前正在運(yùn)行的腔室吸收器多為在單側(cè)開設(shè)入光口，這給鏡場布置帶來很大限制，定日鏡場只能布置在面對入光口的一側(cè)，形狀為扇形或橢圓形，使得聚光面積與土地利用受到制約。所以針對未來塔式太陽能光熱發(fā)電向著更大規(guī)模、更高參數(shù)的發(fā)展趨勢，塔式太陽能聚光吸熱
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對以上現(xiàn)有問題，本專利技術(shù)設(shè)計(jì)一種基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光集熱系統(tǒng)，提供新型的吸收器結(jié)構(gòu)與吸熱器布置形式，以有效減少集熱過程中的熱輻射損失，并滿足布置大面積、高緊湊性的聚光鏡場，提高土地利用率。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、本專利技術(shù)首先提供了一種基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其由一個吸收塔以及吸收塔四周的聚光鏡場組成；所述吸收塔包括兩個呈上下布置且結(jié)構(gòu)相同的腔式吸收器；每個腔式吸熱器包括一個圓柱式保溫腔體，圓柱式保溫腔體的一側(cè)半周作為向光側(cè)，向光側(cè)中間沿軸向開設(shè)有一個安裝采光窗口的開口，且在向光側(cè)外壁面上布置有外露式吸熱管組，保溫腔體內(nèi)壁面上涂覆有吸熱涂層，且在保溫腔體內(nèi)部區(qū)域布置有內(nèi)部吸熱管組，兩個腔式吸熱器的向光側(cè)相反，采光口朝向相反；兩個腔式吸熱器的向光側(cè)分別獲取其所朝向一側(cè)的聚光鏡場反射匯聚的太陽光。
4、根據(jù)本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例，外露式管式吸熱管組僅在保溫腔體向光側(cè)的半周進(jìn)行布置，以減少吸熱管外露造成的熱輻射損失；所述內(nèi)部吸熱管組和外露式吸熱組的各吸熱管均沿保溫腔體的軸向排布，外露式吸熱組通過工質(zhì)輸送管路與內(nèi)部吸熱管組連通，工質(zhì)在外露式吸熱組吸熱后向內(nèi)部吸熱管組流動。
5、根據(jù)本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例，內(nèi)部吸熱管組的各吸熱管圍繞保溫腔體的中心軸線呈圓周均勻分布；內(nèi)部吸熱管組與保溫腔體內(nèi)壁之間有一定間隔；保溫腔體內(nèi)壁涂覆的吸熱涂層用于二次吸收內(nèi)部吸熱管組的熱輻射，同時(shí)與內(nèi)部吸熱管組進(jìn)行輻射換熱，加熱內(nèi)部吸熱管組的背光部分。
6、本專利技術(shù)還提供了一種基于所述塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)的太陽能利用方法，其包括如下步驟：
7、將吸收塔四周的聚光鏡場分為近太陽側(cè)鏡場和遠(yuǎn)太陽測鏡場，兩個鏡場分別將太陽光反射匯聚至兩個腔式吸收器的向光側(cè)；
8、對于任一側(cè)鏡場，鏡場圓心角等于采光口開口角度部分的定日鏡將反射太陽光全部匯聚到其所對應(yīng)的腔式吸收器的采光窗口處，該側(cè)鏡場其余定日鏡反射的太陽光被匯聚到其所對應(yīng)的腔式吸熱器的外露式吸熱組被吸收；
9、通過采光窗口進(jìn)入保溫腔體的太陽光被內(nèi)部吸熱管組與腔體壁面上的吸熱涂層吸收，內(nèi)部吸熱管組輻射的熱輻射流被保溫腔體二次吸收，從而有效減少吸熱器的熱輻射耗散；同時(shí)保溫腔體內(nèi)壁面與吸熱管之間的輻射換熱提高吸熱管熱流分布的均勻性；
10、吸熱工質(zhì)進(jìn)入吸收塔后進(jìn)行分流，分流后的吸熱工質(zhì)自下而上分別通入一個腔式吸收器，在每個腔式吸熱器中依次經(jīng)過外露管式吸熱管組以及內(nèi)部吸熱管組進(jìn)行吸熱，之后兩路吸熱工質(zhì)匯合輸出吸收塔。
11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
12、(1)與傳統(tǒng)的多管外露式吸收器相比，本專利技術(shù)采用的新型腔式吸收器將大部分吸熱器組布置在保溫腔體中，可以利用腔體結(jié)構(gòu)以及吸熱管之間的阻隔對熱輻射進(jìn)行二次吸收，有效減少熱輻射耗散，傳統(tǒng)吸熱涂層對外具有高發(fā)射率，高溫時(shí)熱輻射嚴(yán)重，采取此吸收器結(jié)構(gòu)可以將發(fā)射的熱輻射能量占比降低到10％以下；同時(shí)圓形腔體內(nèi)表面同樣噴涂吸熱涂層，通過涂層與吸熱管之間的輻射換熱使吸熱管表面的熱流分布更加均勻，減少吸熱管材質(zhì)的損耗。
13、(2)相比傳統(tǒng)腔室吸收器，本專利技術(shù)的吸收器采取在采光入口的一側(cè)的半周保留部分外露式吸熱器組，用于收集因腔體開口角度限制不能進(jìn)入腔體內(nèi)的反射太陽光，擴(kuò)大鏡場面積，提高太陽能量利用效率。
14、(3)相比傳統(tǒng)吸收塔，本專利技術(shù)采取在一個吸收塔中布置兩個吸收器，吸收器的采光窗口分別朝向近太陽側(cè)與遠(yuǎn)太陽側(cè)，結(jié)合與采光窗口同側(cè)的半周外露式吸熱器以及腔體內(nèi)的吸熱器組，吸收塔能夠收集來自四周的反射太陽光，聚光鏡場能夠圍繞吸收塔進(jìn)行圓形或橢圓形的布置，彌補(bǔ)單個腔式吸收器只能在吸收塔一側(cè)布置鏡場的缺陷，結(jié)合吸收器的高效能量捕獲，能夠減少近52％的生產(chǎn)單位電力所需土地面積(m2/gwh)，顯著降低太陽能發(fā)電的土地成本。
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1.一種基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)由一個吸收塔以及吸收塔四周的聚光鏡場組成；所述吸收塔包括兩個呈上下布置且結(jié)構(gòu)相同的腔式吸收器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：外露式吸熱管組僅在保溫腔體向光側(cè)的半周進(jìn)行布置，以減少吸熱管外露造成的熱輻射損失；所述內(nèi)部吸熱管組和外露式吸熱組的各吸熱管均沿保溫腔體的軸向排布，外露式吸熱組通過工質(zhì)輸送管路與內(nèi)部吸熱管組連通，工質(zhì)在外露式吸熱組吸熱后向內(nèi)部吸熱管組流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：內(nèi)部吸熱管組的各吸熱管圍繞保溫腔體的中心軸線呈圓周均勻分布；內(nèi)部吸熱管組與保溫腔體內(nèi)壁之間有一定間隔；保溫腔體內(nèi)壁涂覆的吸熱涂層用于二次吸收內(nèi)部吸熱管組的熱輻射，同時(shí)與內(nèi)部吸熱管組進(jìn)行輻射換熱，加熱內(nèi)部吸熱管組的背光部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：內(nèi)部吸熱管組和外露式吸熱組的各吸熱管外表噴涂吸熱涂料；工作時(shí)，吸熱介質(zhì)首先自下而上進(jìn)入向光
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：保溫腔體內(nèi)壁所涂吸熱涂層與吸熱管表面的吸收涂料一致；保溫腔體由兩側(cè)硬質(zhì)保溫材料和中間的填料層組成，并在保溫腔體外側(cè)硬質(zhì)保溫材料層外加裝金屬板；保溫腔體包裹內(nèi)部吸熱管組不外露，減少熱輻射耗散。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：所述采光窗口由矩形通道與外擴(kuò)二次反射面組成，外擴(kuò)二次反射面連接在矩形通道的向光側(cè)，其開口角度為110°～130°；矩形通道四面以及外擴(kuò)二次反射面均鍍有高反射率材料，提高反射光的捕獲能力；采光口長度與吸收器整體高度一致，寬度為保溫腔體周長的1/15～1/10。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：吸熱材料具有超過90％的吸收率以及低于35％的紅外發(fā)射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：采光口的高反射率材料采用玻璃基體與鍍銀或鍍鋁發(fā)射層組成的復(fù)合反射鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：兩個腔式吸收器在吸收塔的中軸線上進(jìn)行上下布置，兩個腔式吸收器帶有采光窗口與外露式吸熱組的一側(cè)分別朝向聚光鏡場的近太陽側(cè)與遠(yuǎn)太陽側(cè)，分別接收近太陽側(cè)與遠(yuǎn)太陽側(cè)的各半圓空間聚光鏡場反射的太陽輻射。
10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)的太陽能利用方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)由一個吸收塔以及吸收塔四周的聚光鏡場組成；所述吸收塔包括兩個呈上下布置且結(jié)構(gòu)相同的腔式吸收器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：外露式吸熱管組僅在保溫腔體向光側(cè)的半周進(jìn)行布置，以減少吸熱管外露造成的熱輻射損失；所述內(nèi)部吸熱管組和外露式吸熱組的各吸熱管均沿保溫腔體的軸向排布，外露式吸熱組通過工質(zhì)輸送管路與內(nèi)部吸熱管組連通，工質(zhì)在外露式吸熱組吸熱后向內(nèi)部吸熱管組流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：內(nèi)部吸熱管組的各吸熱管圍繞保溫腔體的中心軸線呈圓周均勻分布；內(nèi)部吸熱管組與保溫腔體內(nèi)壁之間有一定間隔；保溫腔體內(nèi)壁涂覆的吸熱涂層用于二次吸收內(nèi)部吸熱管組的熱輻射，同時(shí)與內(nèi)部吸熱管組進(jìn)行輻射換熱，加熱內(nèi)部吸熱管組的背光部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征在于：內(nèi)部吸熱管組和外露式吸熱組的各吸熱管外表噴涂吸熱涂料；工作時(shí)，吸熱介質(zhì)首先自下而上進(jìn)入向光側(cè)的外露式吸熱組進(jìn)行預(yù)熱，外露式吸熱組采用大直徑吸熱管進(jìn)行布置；之后吸熱工質(zhì)通過內(nèi)部吸熱管組進(jìn)一步被加熱到更高溫度，內(nèi)部吸熱管組采用小直徑吸熱管進(jìn)行布置，保持吸熱面積與外露式吸熱組一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于新型腔式吸收器的塔式太陽能聚光吸熱系統(tǒng)，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：山石泉，張桂嘉，周志軍，王智化，張彥威，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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