太阳能热能转换技术PPT

太阳能热能交换技术,110081107王丽2010.12.3,主要内容,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,1、太阳能热发电技术,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。,3,1、太阳能热发电技术,图11典型太阳能热发电站热力循环系统原理图,4,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。,1.1太阳能热发电概念和分类,1.2太阳能热发电类型,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。,1.2.1太阳能槽式热发电技术,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。,直观认识,Luz国际公司在美国南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功率为354MW，约占当地电网容量的2%。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。,Solel公司也在致力于太阳能热发电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在北美洲和另两洲建三座电站，每座200300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会主会场提供10MW的电。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电项目，2003年完工，是当时世界上最大的太阳能电站。,1、太阳能热发电技术,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；8凝汽器,13,1.2.2塔式太阳能热发电,工作原理,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。,塔式太阳能发电,自动追踪机构,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。,改进：,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.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。,1.2.3太阳能碟式发电,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AdvancoCorporation、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/kWh。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。,我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算，如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力发电站的成本为0.8元/kWh.,1.3其它太阳能热发电系统,1、抛物面盘式太阳能热发电系统2、平板式太阳能热发电系统3、太阳池热发电系统4、太阳能热气流发电系统5、太阳坑发电系统6、太阳烟囱发电系统,28,1.3.1太阳坑发电技术,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行的。,太阳坑发电示意图,1.3.2太阳能烟囱发电,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。,太阳能烟囱发电示意图,2、太阳能供暖技术,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。,2.1太阳能采暖系统构成,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，提供生活热水和采暖,2.2太阳能采暖分类,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。,2.2.1被动式太阳房的示意图,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。,被动式太阳能供暖过程,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,20%-50%的采暖需求而且更加舒适更好的光照可降低致冷成本降低窗户的结露可允许小型的供热/冷却厂,被动太阳能供热（PSH）提供什么？,基于住宅建筑设计的被动太阳能供热，德国,科罗拉多州Golden的NREL建筑,照片提供:WarrenGretz(NRELPix),PSH运行原理,常规的,夏季,冬季,遮阳装置,先进的窗户,热质,PSH,被动太阳能供热项目的考虑因素,大多数新建筑物是经济有效的自由确定窗户朝向赤道避免朝西可降低供热系统大小和对周边的加热如果要更换窗户，采用新式窗户是经济有效的相比于致冷负荷，在供热负荷高的地方大多数是经济有效的在中等到寒冷气侯低的住宅最佳商业和工业建筑具有较高的内部收益将窗户与否封袋的支持结合考虑,实例:加拿大和美国低能耗建筑物,被动太阳能技术结合到传统外貌的建筑物中经济考虑通常不是极为重要的：舒适，消除噪音，崇尚质量和环境,滑铁卢的温室,安达略省,加拿大,良好的遮阳装置和先进的窗户,美国,实例:德国和莱索托自足的太阳能房,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,2.2.2主动式太阳能采暖,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。,无辅助锅炉的主动式太阳房,主动式太阳能采暖系统,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。,太阳能锅炉工作原理,家居供暖模型图,屋顶计划,太阳能建筑,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、散热器等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统第三阶段：加上太阳电池应用为建筑物提供采暖、空调、照明和用电，完全能满足这些要求的）称为“零能房屋”,2.3太阳能供暖应用实例,1.拉萨火车站太阳能供暖系统实例：由中国建筑设计研究院承担主体设计，总建筑面积19504m2,2006年7月正式使用。室内以地板辐射采暖为主的方式，热源采用太阳能，集热器布置在建筑的屋面上，大部分集热器按照18度角度布置。按照典型设计日全天热平衡的思路,在白天，利用太阳能直接供热，同时将白天多余的集热量以热水形式蓄存，用于不同时刻（如夜间）的供暖需要。本工程采用部分负荷水蓄热方案。经计算：典型设计日白天供热量：14763kwh，蓄热量为：4560kwh，在考虑蓄热水温差为5和15%的蓄热损失的条件下，计算要求的蓄热水箱体积约为：1000m3。集热系统的水温要求是：供水温度：40，出水温度50。,2.首次实现太阳能热泵中央热水系统方案，以太阳能为主要热源，辅以少量的电能驱动双热源热泵，保证了阴雨天气及冬季太阳能资源不足时热水供应，做到全年、全天候供应热水。,北京月坛奥运会游泳馆,供暖系统考虑的问题,辅助能源太阳能保证率系统防冻问题系统的过热问题采暖系统的储热水箱采暖系统的控制,2.4供暖难点及改进设想,就太阳能热利用设备和技术本身而言，已经趋于成熟并在不断提高和改进。由于太阳能热利用设备和技术应用存在无日照甚至是阴冷天气时无法使用等弊端，不能满足建筑连续供热的需求，往往需要配备储热装置和辅助热源，增加了成本和系统的复杂程度，而且与建筑配合起来有一定的困难。现在有人提出太阳能与风力发电联合供热系统，在冬季，我国严寒地区、寒冷地区以及沿海地区的风力资源相当丰富。如果在这些地区的建筑屋顶和外墙以及附近设置一定数量的风力发电设备，就近直接连接电热设备，或与太阳能集热设备有机结合组成联合供热系统，满足建筑物供暖及热水供应的需求，不仅有利于建筑节能，而且有利于环境保护。,3.太阳能制冷技术,太阳能属于低品位、低密度热源，太阳能制冷系统不同于蒸气压缩式制冷系统。从原理上看主要包括两种：一种是以热能为驱动能源，如吸收式、吸附式、喷射式制冷等；另外一种是以电能为驱动能源，先把太阳能转化成电能，然后再利用电能来制冷，如光电式制冷，热电制冷等。,太阳能制冷具体实现方法,利用太阳能制冷主要有两大途径:一是利用太阳能集热器等实现光热转换，以热制冷;二是利用光电转换器等实现光电转换，以电制冷。,3.1太阳能进行光热转换实现制冷,太阳能光热转换制冷，首先是将太阳能转换成热能，再利用热能作为外界补偿来实现制冷目的。光热转换实现制冷主要从以下几个方向进行，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能除湿制冷、太阳能蒸汽压缩式制冷和太阳能蒸汽喷射式制冷。其中太阳能吸收式制冷已经进入了应用阶段，而太阳能吸附式制冷还处在试验研究阶段。,3.1.1太阳能吸收式制冷,太阳能吸收式制冷的研究最接近于实用化，其最常规的配置是：采用集热器来收集太阳能，用来驱动单效、双效或双级吸收式制冷机，工质对主要采用溴化锂-水，当太阳能不足时可采用燃油或燃煤锅炉来进行辅助加热。系统主要构成与普通的吸收式制冷系统基本相同，唯一的区别就是在发生器处的热源是太阳能而不是通常的锅炉加热产生的高温蒸汽、热水或高温废气等热源。,3.1.2太阳能吸附式制冷,太阳能吸附式制冷系统的制冷原理是利用吸附床中的固体吸附剂对制冷剂的周期性吸附、解吸附过程实现制冷循环。太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、储液器、蒸发器、阀门等组成。常用的吸附剂对制冷剂工质对有活性炭-甲醇、活性炭-氨、氯化钙-氨、硅胶-水、金属氢化物-氢等。太阳能吸附式制冷具有系统结构简单、无运动部件、噪声小、无须考虑腐蚀等优点，而且它的造价和运行费用都比较低。,3.2太阳能制冷和空调,利用太阳能作为动力源来驱动制冷或空调装置有着诱人的前景，因为夏季太阳辐射最强，也是最需要制冷的时候。这与太阳能采暖正好相反，越是冬季需要采暖的时候，太阳辐射反而最弱。,3.2.1国内外发展现状,佛罗里达大学的法伯教授就着手于这方面的研究，并投入了实际运行，他采用氨吸收式制冷机，冷却水为21的井水，据认为制冷系数有0.45左右。日本也报道了他们研制的太阳能供冷系统，该系统由面积32.2平方米的平板集热器，7kW的溴化锂制冷机和2.5立方米的储热水罐组成。数据表明，该系统可提供冬天供热所需的全部能量和夏天典型日内为驱动吸收式制冷机所需的能量的70%。沙特阿拉伯建设了平板集热器的太阳能空调，采用溴化锂制冷机进行制冷，并公开了其性能。,天津大学1975年研制的连续式氨一水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg。北京师范学院（现首都师范学院等）1977年研制成功1.5m2平板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8-8kg；1979年又研制出8m2平板型自动跟踪连续式太阳能冷藏柜。华中工学院（现华中理工大学）研制了采光面积为1.5m2，冰箱容积为70升，以氨一水为工质对的小型太阳能制冷装置，可维持冰箱010小时左右。上海交通大学制冷与低温工程研究所在太阳能制冷方面作了大量的工作，并且提出了一种太阳能供热与制冷联合循环的复合机装置。,实例：青岛奥林匹克帆船中心,青岛奥林匹克帆船中心在建设过程中大量采用了一些国际先进技术，减少厂能源消耗，实现了环境保护。媒体中心率先采用海水源热泵技术，物流中心使用太阳能空调机组技术，运动中心采用先进太阳能集热技术;另外，基地内还大量采用了太阳能光伏发电路灯、风能路灯等技术;在港池内浮码头的施工中，采用了世界上最先进的技术，保证了在大潮差的情说下，浮码头的稳定性。,太阳能吸附空调机组,实例,德国小城弗赖堡（Freiburg）“世界上只有两种人，一种是住在Freiburg的人，而另一种则是想要住进Freiburg的人。”这是德国小镇Freiburg的宣言，虽然这话乍听有些趾高气扬，但Freiburg确是欧洲最具生态意识的小城，它位于德国南部，环保与绿化在全德排第一位。这个25万人口小城收集的太阳能几乎等于整个英国的太阳能源总额，它