太阳能光伏技术介绍.doc

太阳池发电系统新技术摘要:1975年以色列科研人员建成世界第一座太阳池发电站,发电功率为150KW,它预示了太阳池发电的可行性，并具有一定的经济性，但由于太阳池发电站是借鉴于矿物能源热发电蒸气动力系统朗肯循环原理，所不同之处是以提供C以下至C以上热水的太阳池取代提供C过热蒸气的矿物燃料锅炉为高温热源，以低沸点物质替代水为工质，仍以环境温度下的水源用作低温冷源，因而温度落差不大，热机效率低，经济性竞争不过常规能源，北京海淀科技园区一家新能源科技有限公司科研人员学习并继承国外新能源先进技术，打破传统做法，从而温度落差T增大，热机效率提高，单位功率成本降低，无污染，可持续发展。1.前言：1975年以色列科研人员建成了世界上第一座太阳池发电站，它预示了太阳池发电系统的可行性，并且具有一定的经济性和稳定性，但由于太阳池发电系统是借鉴于矿物能源蒸汽动力系统朗肯循环原理，所不同之处是以提供温度T1=C以下C以上热水的太阳池替代提供温度T1=C过热蒸汽的矿物燃料锅炉，用作高温热源，其动力循环系统仍以环境温度下的水源用作低温冷源，以低沸点的物质替代水蒸汽作为工质，由于其温度落差T较小，从而热机效率较低，经济性竟争不过矿物能源热发电技术，研究曾被中止过，但由于地球内矿物能源储有量有限，终将枯竭，同时发电又伴随有、大量排放，致使全球气候逐渐变暖、生态环境遭到破坏、大气污染，影响人类健康和可持续发展，人类社会面临着能源短缺与环境污染双重压力，我国和世界许多国家政府和科研人员又重新重视研究开发新能源和可再生能源，以色列政府计划在今后10年20年间在死海沿岸建造多座25MW和50MW太阳池电站，并且计划将死海40万的海域全部用于建造太阳池电站，自主创新，研究设计了一台制冷机，为太阳池低沸点蒸汽动力循环系统提供节流蒸发温度例如C的低温冷源，取代环境温度下的水源用作低温冷源，而动力循环系统又反过来为制冷机提供温度为的低温热源，并且动力循环系统其膨胀功，为制冷机制冷提供所需消耗的压缩功，由于，更因工质与制冷剂是选用两种不同热力性质的物质，所以膨胀功甚大于压缩功，即使在时，膨胀功也大于压缩功，因工质与制冷剂对应状态下的焓（h）不等，亦即工质与制冷剂两种物质对应状态下的内动能 和内势能即使在相同温度对应状态下均不相等，因; 而，从而热机效率能较大幅度提高，单位功率发电成本降低，没有污染，可持续发展，并持有中国人自主知识产权，发明专利申请号为200510105805.3，有助于中国企业联合进军国际市场,有助于世界各国减轻能源短缺与环境污染双重压力。2太阳池发电系统组成如图1所示：太阳池发电系统是由太阳池集热供热循环系统C、低沸点工质蒸汽动力循环系统A、制冷循环系统B、例如蒸汽压缩式制冷循环系统B1、电机电器部分及其控制系统组成，而太阳池集热供热循环系统C是由太阳池1、热媒泵5、热交换器6A、水轮机4、分离器2组成，用管道依次密封连接成循环系统C，并在分离器2的上部出汽管接头2a与热交换器6的进汽管接头6b用管道密封连接，分离器2的液体部位管接头2b通过闸阀3和三通3A其一端口与热交换器6A的出液管接头6a用管道密封连接，三通3A的另一端口与水轮机4的进液口4b用管道密封连接，而低沸点工质蒸汽动力循环系统A是由汽轮机8、冷凝器9、工质泵7、蒸发过热器6B组成,用管道依次密封连接成又一循环系统A，在此系统内充灌有适量的低沸点工质，例如氟里昂，而动力循环系统A的蒸发过热器6B与太阳池集热供热循环系统C的热交换器6A其容器6合二为一，而蒸汽压缩式制冷循环系统B1是由蒸发器11、汽液分离器12、压缩机14、冷凝器16、干燥过滤器15、节流阀13、组成，用管道依次密封连接成又一循环系统B1，在此系统内充灌有适量的制冷剂，例如氨NH3，制冷循环系统B1的蒸发器11与动力循环系统A的冷凝器9其容器用两根管道密封连接成循环系统，并在管路上装有冷媒泵10、在其系统内充满有冷媒，1 太阳池 2分离器 3阀 4水轮机 5泵 6蒸发器 7工质泵 8汽轮机 9冷凝器 10冷媒泵 11蒸发器 12汽液分离器 13节流阀 14压缩机 15干燥过滤器 16冷凝器 17泵 18水源 G发电机 G水轮机电机 G压缩机电机3.太阳池发电系统工作原理3.1 太阳池运行原理太阳池是一个沿太阳池垂直深度方向含盐量具有一定梯度的盐水池，上部与底部盐水之间有一定厚度的非对流层，水开始膨胀上升，且膨胀所产生的浮力还不足以扰乱池内盐液浓度其梯度的稳定性，则可有效地抑制和消除因浮力而可能引起的池水混合的自然对流趋势，这样，贮存在池底部的热量，温度介于以上，按照热力学原理：流体层可以从池底缓缓移走而不扰乱水的主体，于是可以通过泵从池底抽出被加热的盐水，经热交换器换热后，再送回池底，由于送回的流体比抽出的流体温度低，因此能够作到将已加热的盐水从池底抽出，同时维持池内所需要的密度梯度而不致扰动太阳池的正常运行，太阳池通常可依托内陆天然盐湖建造，或沿海岸线及岛屿周遍建造。3.2太阳池发电系统工作原理太阳池将太阳的辐射能吸收转化成以上低温热能，并贮存于太阳池内，隔热保温，通过盐水泵，使载热媒体在太阳池1与热交换器6A之间循环流动，并在热交换器6A内进行热交换，低沸点的液态工质在蒸发过热器6B内，亦即热交换器6A内吸热变成低温中压蒸汽，驱动汽轮机8快速旋转或必要时通过升速箱升速，带动发电机G飞速旋转，将机械能转换成电能，而作功后的泛气进入冷凝器9内，冷凝器9由制冷循环系统B提供节流蒸发温度为的低温冷源，从而使泛气冷凝放热，变成温度为低沸点液态工质，通过工质泵送回蒸发过热器6B内循环利用，而动力循环系统A的冷凝器9反过来又为制冷循环系统B提供节流蒸发温度为的低温热源，动力循环系统A其膨胀功也为制冷循环系统B提供将制冷剂单位吸热量由低沸热源传给高源热源，其膨胀功仍大于压缩功。因为即使在相同温度下工质与制冷剂其焓，两种物质的内动能与内势能都不相等，所以。因而动力循环与制冷循环两者嫁接成的中国复合循环新型热机比朗肯循环热机对外界输出的机械功和热机效率能较大幅度提高。4.太阳池发电系统中国循环新型热机效率4.1太阳池发电系统中国循环新型热机对外界输出机械功W= WA（T1/ T0）- WB（T0/ T2）= MA【h2A(T1) h1A(T0)】-【h2 B (T2) h1 B(T0)】4.2中国循环工质从太阳池中所吸取的热量Q1 A（T1/ T0）=MAq1A（T1/T0）=MA【h2 A(T1)- h4A (T0) 】4.3太阳池发电系统中国循环新型热机效率W WA（T1/T0）-WB（T0/T2）= = Q1A（T1/ T0） Q1A（T1/ T0）MAA（T1/T0）- WB（T0/T2）= MAq1A（T1/ T0） = 4.4太阳池发电系统中国循环新型热机每循环一周制冷剂与工质之比值 所以 ， 所以5.太阳池发电系统中国循环新型热机设计案例热工计算结果序号性能参数符号数据一.低沸点蒸汽动力循环系统A1工质2高温热源由太阳池提供温度可达，取蒸汽过热温度为AA3蒸发温度为A4蒸发压力为A 16.0bar5低温冷源由制冷机提供，冷凝温度为A6冷凝压力为AA1.0041bar7过热蒸汽焓 （查过热蒸汽表得）1225.34KJ/kg8时，饱和液体焓 （查表得）98.19 KJ/kg9时 饱和蒸汽焓 （查表得）174.20 KJ/kg10单位工质吸热量 127.15 KJ/kg11单位工质排热量 76.01 KJ/kg12单位工质膨胀功 51.14 KJ/kg二蒸汽压缩式制冷循环系统B1制冷剂2低温热源由低沸点蒸汽动力循环系统A其冷凝器提供温度为的低温热源3制冷系统B其蒸发器内节流蒸发温度取4蒸发压力 0.179bar5水源温度 6冷凝温度取 B7冷凝压力 15.559bar8时 饱和蒸汽焓（查表得）1786.4 KJ/kg9时 饱和液体焓（查表得）687.6 KJ/kg10时 饱和蒸汽焓（查表得）1706.7 KJ/kg11单位制冷剂蒸发制冷量 1019.1KJ/kg12单位制冷剂冷凝排热量 10988KJ/kg13单位制冷剂压缩功 79.7 KJ/kg14制冷剂与工质比 令13.4三太阳池发电系统中国循环新型热机1新型热机每循环运行一周工质总吸热量Q1A(T1/T0)1703.8KJ/一周2新型热机每循环运行一周对外界所输出总膨胀功605.58 KJ/一周3新型热机每循环运行一周对水源所排放总热量q1B(T0/T2)1098.2 KJ/一周4新型热机中国循环效率 0.356=35.6%四太阳池发电系统朗肯循环对应于朗肯循环热机效率1当 时过热蒸汽焓查表得225.34 KJ/kg2当时 饱和液体焓98.19 KJ/kg3当时饱和蒸汽焓203.20 KJ/kg4朗肯循环单位工质吸热量127.15 KJ/kg6结论：由公式(1)至(4)可以看出：6.1太阳池发电系统中国循环新型热机效率不仅与低沸点工质蒸汽动力循环系