竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统技术方案

本发明专利技术是利用装有U型介质管道及导热翅片的大型玻璃真空吸热管配合大型槽式抛物面反射镜形成“槽式抛物面集热器”，每两组“集热器”对称组合成扁担状的“单元帆”并竖向安装，千百个“单元帆”与热发电系统一道就组成了“竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统”。独特的经向和纬向同步跟踪装置使每个“单元帆”精确地聚焦阳光并加热玻璃真空吸热管，进而加热介质。同一根介质管道会连续穿过多个槽式抛物面集热器中的玻璃真空吸热管，因此介质温度会迅速达到300-400℃甚至更高。大量高温介质通过热交换产生大量过热蒸汽从而推动汽轮发电机发电，其成本接近甚至低于燃煤火力发电水平，它是人类大规模廉价获取清洁能源的最有效途径之一。

【技术实现步骤摘要】
竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统一、
本专利技术专利涉及一种利用竖向槽式抛物面同步跟踪阳光产生高温热源的装置，尤其是具备同步跟踪与聚焦双重功能使高密度阳光直接精准加热流动介质产生300℃-400℃的高温，通过热交换产生过热蒸汽，推动相匹配的汽轮发电机发电的新型太阳能热发电系统装置。属于太阳能中高温热利用发电领域中占地最小、效率最高、输出功率最稳定、结构简单、可靠、造价与运行成本最低的新技术。此方法还最适合现有小型火力发电站改造成“太阳能一火力综合发电站”，投资少、占地小、便于实施、可大量减少燃煤，并避免大量小型火力发电站被淘汰关闭的厄运，既避免了大量国有资产的浪费同时又不会造成大量职工下岗，尤其为我国大幅度降低碳排放具有重要的现实意义。根据这一原理制造的太阳能热发电系统，其性价比可超越现有的横向槽式抛物面式、球面聚焦式和塔式等太阳能热发电系统，使其发电成本接近甚至低于燃煤火力发电厂。它是一种以最小的代价大规模获得永久清洁能源的方式之一。经过我们对“家用同步跟踪太阳能开水器”(专利号：ZL00219088.5)和“便携式无电源自动跟踪太阳能开水装置”(专利号：ZL200620069377.3)十余年的的研制、试验与常年使用，证明制造大型“竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电装置”是完全可行的。二、
技术介绍
据统计，由于世界各国对矿物燃料的掠夺性开采，地球的石油储量将只够开采50-60年，煤也不过一百多年，这是多么严酷的事实！目前，我国已经成为世界第二大经济体，能源消耗几乎世界第一，碳排放更是世界前列！当前能源和环境污染将是制约我国继续稳定快速发展的主要障碍，主要城市PM2.5大幅度超标使国人已经深刻认识到只顾发展所付出的沉重代价。为此人们不遗余力寻找新能源途径：目前核能、风能、光伏、太阳能、生物质能、地热能、潮汐能等清洁能源和可再生能源都得到一定程度的开发与应用，其发展速度和规模各不相同，其中，风能和光伏在我国发展特别迅速，仅用十年时间就进入世界前列、核能也在稳步推进，太阳能低温热利用早就名列世界第一，这些方面都对清洁能源和国民经济发展作出了重要贡献。但是多年的实践经验说明，大规模清洁能源的生产尚未找到最佳方案，其中：核能利用存在极大风险，俄罗斯和日本的核电站泄漏事故使世界望而却步，某些发达国家已经或正在考虑放弃核电；风能存在功率的不稳定性，并网困难；光伏发电的成本太高，而且纯硅制造消耗大量能源并产生污染，我国的光伏电池几乎全部出口，全球产量为15GW，中国为8GW，国内自用只有5％，出口高达95％。这95％的高纯硅及光伏电池的出口消耗大量的能源和材料。我国1/4二氧化碳是含在出口产品里边的，我国廉价的产品并没有带来多少利润，却带来了大量的二氧化碳。我国工业生产技术相对落后，又进一步加剧了我国的高碳经济特征。经过探索，现在人们普遍认为只有太阳能的热能发电技术才是替代大规模工业发电的最可行的方法。太阳能热发电是利用大规模阵列抛物面或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的高温介质如可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮机发电。一般来说，太阳能热发电形式有槽式，塔式，碟式三种系统。1、槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电分为“横向槽式”和“竖向槽式”两种。但目前世界上只“横向槽式”，而“竖向槽式”即为本专利技术。所以，当前世界各地凡是报道“槽式太阳能热发电”的皆是有关“横向槽式太阳能热发电”的内容。槽式太阳能热发电又称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将许多槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。(1)横向槽式太阳能热发电：横向槽式太阳能热发电是将槽型抛物面聚光集热器平放在地面上经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。美国上世纪已经建成354MW，西班牙已经建成50MW。目前我国正着手开展100kW横向槽式太阳能热发电试验装置。其优点是：聚光反射镜是横向固定在地面上的，所以能有效地抵御强风的侵袭，还降低了支撑反射镜系统的金属结构件的造价。其缺点是：横向槽式抛物面反射镜无法实现真正意义上的跟踪与聚焦，因为槽式抛物面只能平行于地面作一维跟踪运动，这离天文学意义上的跟踪相去甚远，也许只有夏季正午时分才有最佳聚焦(因为只有此时此刻太阳位置才最接近抛物面最佳聚焦位置)，而在其他时间槽式抛物面虽然在继续“跟踪”，但是太阳位置越来越偏离槽式抛物面的法线，聚焦点则越偏离集热管的中心线，导致聚焦变成“散焦”效果变差，冬季甚至不能有效加热集热管中的介质，这是天文学和光学原理所决定的，因此，就会在全天、全年充分利用太阳能方面大打折扣，是横向槽式抛物面太阳能热发电的不可逾越的最大的先天不足；其次，由于横向槽式聚光反射镜与地面平行，故宜积灰而且去除灰尘困难，尤其是在风沙大的区域长时间运行，清理工作相当繁重，如果长时间不清理，势必造成发电效率大幅度降低。(2)竖向槽式太阳能热发电：竖向槽式太阳能热发电是将槽式抛物面(聚光反射镜)集热器竖向安装在地面上方经过串并联的排列，组成大型竖向槽式抛物面集热器阵列(简称“太阳帆阵列”)，同步自动跟踪阳光，加热介质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电：在北半球，竖向槽式抛物面集热器阵列面对正南方，抛物面法线正对太阳，并对太阳进行从东向西的“同步自动跟踪”，加热介质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；在南半球，竖向槽式抛物面集热器阵列面对正北方，抛物面法线正对太阳，并对太阳进行从东向西的“同步自动跟踪”，加热介质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；其优点是：a、竖向安装的槽式聚光反射镜实现了真正意义上的对阳光进行自动而精确地跟踪，跟踪精度可达±1°/24小时，从清晨到旁晚长达12小时以上都能准确地把阳光聚焦到集热器上。能以最稳定的方式接收太阳能，能最大限度地发挥太阳能的效率，以最少的成本获取最多的电力。b、据报道横向槽式太阳能热发电系统，占地面积比其他太阳能热发电系统小20％-30％，而竖向槽式太阳能热发电系统由于其竖式安装的特点，占地面积比横向槽式太阳能热发电系统更少，而且反射镜最低点离地面最小距离也有2米，抛物面的影子会随着太阳的移动而移动，只有极少的地面一直见不到阳光，所以至少有50％地面适合绿化或种植，从而可以大量节约耕地，这适合中国国情。c、同步跟踪阳光的方式优于光电跟踪等其他跟踪方式，它是迄今为止最简单、可靠的连续跟踪方式，无论天气如何变化，如忽晴忽雨、雨后天晴，它都能精确而不间断地自动跟踪。只要经度方向跟踪角速度控制在15°/小时，精度达到±1°/24小时，就可在72小时以内不作调整，精度越高则无需调整的周期越长。d、当时间从下午6时到清晨6时，进入夜间运行，槽式聚光反射镜正好背向天空，这是保护聚光镜和集热器(真空吸热管)夜间不被冰雹、风雪、风沙袭击的特有功能，因此能大大提高了聚光反射镜和集热器的使用寿命。当然即使白天遇到恶劣天气同样可利用此功能，快速控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统，其特征是它主要由：竖向槽式抛物面阵列集热系统(简称“太阳帆阵列”)、高温介质输送管道系统、低温介质回流管道系统、纬度方向跟踪装置系统和热发电系统五大部分组成，其中“太阳帆阵列”的每个“单元阵”的出口端都由高温介质输送管道连接到高温介质输送总管，再由高温介质输送总管连接到热发电系统的高温介质箱的入口，而热发电系统的低温介质箱的出口连接低温介质总管，低温介质总管再通过低温介质输送管道连接到“太阳帆阵列”的每个“单元阵”的入口端，纬度方向跟踪装置系统独立存在于每个“单元阵”之中。

【技术特征摘要】
1.一种竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统，其特征是它主要由：称为“太阳帆阵列”的竖向槽式抛物面阵列集热系统、纬度方向跟踪装置系统、高温介质输送管道系统、低温介质回流管道系统和热发电系统五大部分组成，其中“太阳帆阵列”由多组“单元阵”并联而成，“单元阵”又由多套“单元帆”及一套纬度方向跟踪装置串联而成，“太阳帆阵列”的每组“单元阵”的出口端都由高温介质输送管道连接到高温介质输送总管，再由高温介质输送总管连接到热发电系统的高温介质箱的入口，热发电系统的低温介质箱的出口连接低温介质总管，低温介质总管再通过低温介质输送管道连接到“太阳帆阵列”的每组“单元阵”的入口端；每套“单元帆”都具有上下对称的两扇“竖向槽式抛物面集热器”，两扇“竖向槽式抛物面集热器”通过大型四通法兰管的上下端法兰连接成一体，呈“扁担状”，由地面支撑架支撑在地面上空，每扇“竖向槽式抛物面集热器”都具有一套由步进电机驱动的经向同步跟踪装置，可以独立完成360°的经向高精度同步跟踪；大型四通法兰管的左右端法兰通过钢管横梁连接到相邻的已被同样方式支撑在地面上空的“单元帆”，以此类推最终组成完整的“单元阵”，扁担状的“单元帆”具有独特的自平衡能力，能适应大型竖向槽式抛物面的双维度跟踪的需要；每组“单元阵”的“竖向槽式抛物面集热器”的纬度方向跟踪装置均设置在每组“单元阵”的中段，该纬度方向跟踪装置可供手动操作，实现特有的无档、精确、无能耗纬向跟踪；数十组“单元阵”并联成“太阳帆阵列”从而成为竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统源源不断的高温热源。2.根据权利要求1所述的竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统，其特征是“单元帆”系由：抛物面成型背板(1)、抛物面边缘压紧块(2)、真空吸热管尾架(3)、金属支撑杆(4)、大型真空吸热管(5)、高温介质U型管(6)、硅胶圈(7)、轴承上端盖(8)、径向止推轴承(9)、轴承内管(10)、叉架体(11)、轴承外管(12)、小链轮(13)、微型摆线针轮减速机(14-1)、跟踪机构底座(14-2)、微型蜗轮蜗杆减速机(14-3)、步进电机(14-4)、双耳叉(17)、大型四通法兰管(18)、正面安装维修孔(19)、地面支撑架(20)、钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦佑镇，
申请(专利权)人：秦佑镇，
类型：发明
国别省市：江苏;32