Englsih
理想能源
概述
超高保温性能热网技术
相变储热/换热一体机技术
超低热辐射选择性吸收膜技术
“碟-塔混合式”跟踪聚焦技术
 
“碟-塔混合式”跟踪聚焦技术 当前位置:首页 > 理想能源 > “碟-塔混合式”跟踪聚焦技术

超高年均光热循环效率“碟-塔混合式”跟踪聚焦技术

理想能源解决方案应与传统火电基础能源设施相兼容,为其产生约300-550的高温高压蒸汽。在这么高的温度仅依靠波长选择性吸收膜层来抑制降低热辐射损失是不够的,还需要采取另一技术路径-光学聚焦来降低“太阳能锅炉”的发热体表面积,从而进一步降低热辐射。包括了波长选择性吸收膜层及光学跟踪聚焦总体抑制降低热辐射损失效应的技术参数称为等效总体聚焦倍数。光学聚焦需要对太阳的运动进行跟踪,国际上常见的三种跟踪模式有碟式、槽式、和塔式。

碟式跟踪模式等效总体聚焦倍数约为1000,辐射损失小。由于在跟踪全过程中,太阳、集热器和反射镜法线始终在一条线上,因而余弦损失为零,碟式跟踪模式具有最高的光学效率约为90%。但由于在过去40年缺乏低耗能热网技术,碟式跟踪模式在市场上没有得到成功应用;此外碟式跟踪模式为2-维反射镜模块旋转跟踪,其机械成本高,阴影占地面积大。

塔式跟踪模式等效总体聚焦倍数约为250,辐射损失较小。如上所述,塔式跟踪模式以光网替代了热网,但也带来额外的光学损失30-35%,因而总体光热年均效率很低。此外塔式集热器无法进行真空封装,造成空气对流、特别是强迫对流损失巨大。总之塔式光热发电效率不比光伏发电厂高,除了可具有储热功能的优势外,没有更多优势,很难在市场中竞争。

为了克服碟式跟踪2-维旋转跟踪机械成本高、阴影占地面积大的缺点,1-维转跟踪的槽式跟踪模式应运而生。由于采用了1-维真空封装保温集热管,很好地解决了集热器对流散热的问题;由于槽式跟踪模式采取了超大反射镜模块(长150米,宽6米),连接其集热器的管路较粗,表面积散热与总传输能量之比较小,也在较大程度上降低了对热网技术的要求。但槽式跟踪模式将碟式2-维跟踪变为1-维跟踪付出了15%的余弦损失为代价;此外,槽式跟踪模式等效总体聚焦倍数约为150,白天集热时及夜间保温时集热器辐射损失大,无法在高温段(500)工作与传统火电基础能源设施相兼容。

益科博自主创新研发了一种全新的2-维太阳运动跟踪模式-“碟-塔混合式”(见图1,又称“模块定日阵”)。这一模式吸取了以上三种跟踪模式的优点,克服了它们的主要缺点。首先,像碟式一样反射镜模块与集热靶一同绕与地球自转轴(极轴)以每小时15度匀速旋转,跟踪“太阳小时角”;而为了跟踪“太阳季节角”,则采用塔式跟踪模式:模块框架与集热器不动,所有的分立反射镜(又称菲涅尔反射镜)绕与极轴正交的支撑轴转1/2的太阳季节角。由于1/2的季节角全年变化很小(重大变化约为11度),全年平均余弦损失只有1%;即这种“亚2-维”跟踪模式像碟式一样,基本保证了太阳、集热靶和反射镜法线在一条线上,从而保持了接近碟式的最高光学效率(表1比较了不同跟踪模式的光学效率);然而“亚2-维”跟踪的机械成本却很低,太阳阴影占地也比碟式大幅减小。

   跟踪太阳小时角时采用移动靶聚焦方式 

        跟踪太阳季节角时采用固定靶聚焦方式”      

“碟-塔混和式”跟踪聚焦光热系统:

余弦效率:99%     综合聚焦比:2000

成本:采用独创的“准二维太阳跟踪”模式降低了系统成本。

效率:以低成本保持了碟式系统的最高可实现光热转换效率。

抗风:分立式菲涅尔式反射镜大幅度降低了风阻。

                 

1 “碟-塔混合式”2-维跟踪聚焦集热器实物照片

1 不同跟踪模式光学效率的比较

其次,学习槽式的做法,采用了以硼硅玻璃罩真空封装的集热器,克服了空气对流热损失。由于“亚2-维”聚焦倍数远高于槽式,又采用了光谱选择性膜层,等效总体聚焦倍数达到2000,从而使热辐射损失降低为所有技术中最低(表2比较了不同跟踪模式的热辐射损失);又由于采用了创新的低能耗热网技术连接每个模块,管路传输热损耗小于1%2表征了不同跟踪模式系统光热效率随太阳辐照强度变化曲线;图3&4表征了根据这些曲线得出的年均光热效率。 再考虑到系统的泵功耗、夜间恒温功耗以及每天早上将管路从夜间温度升高至集热时的正常工作温度的能耗,表3&4计算比较了不同跟踪模式的年均循环光热效率。由表可见,由于采用了以上各种优化措施,即使在与传统火电基础能源设施相兼容的500高温工作时,“碟-塔混合式”系统的年均循环光热效率仍可保持高于80%,比塔式高出两倍,比槽式高出3-4倍。由表5可见,在相同装机容量下,“碟-塔混合式”年均集热量是槽式的2.6倍, 塔式的1.55倍。此外,由于“碟-塔混合式”采用了分立反射镜(又称菲涅尔反射镜)替代了整体的抛物面镜,大幅度降低了风阻,提高了系统的抗风能力。表6比较了不同跟踪模式的装机成本。由于装机成本“碟-塔混合式”低于其他模式的1/2, 而年均产出又远高于其他跟踪模式,因而整体经济效益是其他模式的3-4倍。

 

2 不同跟踪模式辐射损失比较

   图2 不同跟踪模式系统光热效率随太阳辐照强度变化曲线

  

    图3 不同跟踪模式在太阳年辐照量为2100kWh/m2-Y地区年均光热效率比较

 

  图4 不同跟踪模式在太阳年辐照量为1700kWh/m2-Y地区年均光热效率比较

3 不同跟踪模式在太阳年辐照量为2100kWh/m2-Y地区的年均循环光热效率

4 不同跟踪模式在太阳年辐照量为1700kWh/m2-Y地区的年均循环光热效率

5 不同跟踪模式年均循环光热效率与额定效率之比

6 不同跟踪模式装机成本比较

 

Copyright © 2010 e-cubetech.com All Rights Reserved.
益科博能源科技(上海)有限公司
网站建设:天照科技