磁流体发电机于矛;张志勇
【摘 要】介绍了线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统特点、热水系统的组成和系统运行分析,以及在洗浴热水系统中的运用.
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2013(029)015
颗粒冷却塔【总页数】3页(P51-53)
【关键词】线性菲涅尔式;太阳能;聚光集热系统;生活热水
【作 者】于矛;张志勇
【作者单位】兰州交大设计研究院有限公司,甘肃兰州730070;兰州大成科技股份有限公司,甘肃兰州730070
【正文语种】中 文
【中图分类】TK515
随着经济社会的不断发展，能源需求与日俱增，化石能源存在污染日益严重且不可再生的问题，发展清洁的可再生能源势在必行。太阳能储量丰富，是一种环保清洁的可再生能源，具有资源丰富、分布广泛、安全、清洁等优点。另据估算，地球表面每年接收的太阳辐射量高达5.4×1024J，相当于1.8×10t标准煤。若将其中的0.1%按效率5%转换为电能，则每年的发电量可达5600TWh，相当于目前全世界能耗约40 倍。对于我国东经：78°1'～117°7'北纬：27°7'～47°4'范围内的大部分地区有着丰富的太阳能资源。传统的生活热水制备通过消耗燃料或电能对自来水进行加热供应40～60℃的生活热水。为了减少燃料的消耗，降低氮氧化物及其他污染物的排放，达到太阳能清洁能源的充分利用，将线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统和普通的锅炉结合作为热源，提供稳定的生活热水有着十分重要的意义。 1 线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统特点
线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统汇聚太阳辐射并转化为热能，以导热油为介质，通过换热设备可以输出高品质蒸汽。锅炉控制系统可以精确控制热源参数，满足实际需求。如图1所示。
图1 线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统
1.1 聚光系统
线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统由抛物槽式聚光系统演化而来，可设想是将槽式抛物反射镜线性分段离散化，如图2所示。与槽式反射技术不同，线性菲涅尔镜面布置无需保持抛物面形状，离散镜面可处在同一水平面上。为提高聚光比，维持高温时的运行效率，在集热管的顶部安装有二次反射镜，二次反射镜和集热管组成集热器。
图2 复合抛物面二次反射镜
线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统的一次反射镜，也称主反射镜，是由一系列可绕水平轴旋转的条形平面反射镜组成，跟踪太阳并汇聚阳光于主镜场上方的集热器，经过二次反射镜后再次聚光于集热管。二次反射镜的镜面形状可优化设计成一个二维复合抛物面，是一
种理想的非成像聚光器，聚光性能可达最优。
线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统的主镜场中，每一列镜面通过单轴跟踪系统实时跟踪入射光线，以一定的角度将入射光反射至集热器，线性集热器悬挂固定于镜场上方一定的高度处。运行过程中，不同列的镜面与水平面的夹角不同，光路较为复杂，还要避免相邻镜面间的遮挡，系统的几何聚光比波动较大。聚光比一般为10～80，年平均效率9%～11%，峰值效率20%，蒸汽参数可达250～500℃。
图3为标准的菲涅尔式太阳能聚光集热单元96m×16m南北布置的现场实景图，每个标准的96m菲涅尔式太阳能集热单元占地面积为1920m2，一次反射镜距地面高度1.5m(可按需求调整高度，最大化利用土地资源。如：下设物流中心或停车场)，二次反射镜(CPC)距离一次反射镜高度为7.4m。
图3 线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统实际安装
菲涅尔式太阳能聚光集热系统通过菲涅尔式平面反射镜反射太阳光，再经CPC(二次抛物面反射镜)汇聚到真空集热管，真空集热管吸收聚焦的太阳辐射能，加热内管中的传热介质，
从而产生高品质的热能。传热介质可以选择水或导热油，工作温度可达300℃。系统整体转换效率为63%。
1.2 加热介质
现在加热工质主要有水、导热油和熔融盐3种，虽然目前最前沿的技术应该是直接蒸汽和使用熔融盐作为介质，但导热油具有以下特性：导热油作为中间传热介质用于加热、冷却工艺与其他几种载热体相比，在使用温度不超过350℃的范围内，有较为突出的优点。
1)能在较低的工作压力下(0.6MPa以下)，获得较高的工作温度(300℃左右);
2)可进行稳定的加热和精确的温度调节，有利于实现自动控制，给微机自动化控制创造有利条件;
3)能循环使用，并一次可加热到使用温度;
4)导热系数较大、比热高、热效率高，经济效益好;
5)有较低的凝固点和较高的沸点与闪点，可用于寒冷地区;
6)无毒或很少有毒性，无刺激性气味，对人体无害;
7)有较低的酸值及残碳，腐蚀性小，使设备及管道能有较长的使用寿命，以节省投资，减少维修量;
8)在允许的使用温度范围内，提供良好的热稳定性和抗氧化性;
9)在最高允许使用温度范围内，蒸汽压力较低，仅是同等温度下水压力的1/70左右，况且导热油温度增加时，压力增长率小，蒸发损失少;
10)加工工艺不太复杂，原料来源丰富，价格较便宜。
在本系统中加热介质选用THERMINOL@59合成导热油，导热油工作温度范围为-45℃ ～316℃，该导热油除具有以上优点外在很低的温度下仍具有较低的粘度，这使它成为适合北方寒冷气候条件的理想导热油。避免了在西北地区寒冷的冬季使用条件下加热介质冻结的可能。
1.3 结构特点
线性菲涅尔式属线聚焦式。线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统尤其是在需要大面积场地安装时，具有结构简单，制作、运行成本低和抗风性能优良等特点。但民用项目一般受用地条件的限制没有足够的场地作为安装线性菲涅尔式太阳能聚光集热系用地。为了于民用项目更好的结合，采用线性菲涅尔式太阳能聚光集热系线，紧凑型排列，提高了土地利用率。减小风阻，提升抗风能力，线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统可放置于建筑物顶部，使线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统更为灵活的布置。
2 热水系统的组成
本热水系统工程目的是为拥有460个淋浴喷头的学生浴室供应42℃的洗浴热水。本系统由两个70t水箱、屋顶布置集热面积685m2线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统和2台4t蒸汽锅炉组成，以太阳能加热为主，锅炉加热为辅。太阳能加热管道和锅炉加热管道完全独立布置，互不影响。正常情况下，两个70t水箱一个处于使用状态，一个处于太阳能加热状态。两个水箱轮流交替完成加热、使用。处于使用状态的水箱的热水是前一天预先加热准备好的，水箱内热水为均匀混合的42℃热水。
太阳能热水系统通过线性菲涅尔式太阳能聚光集热器完成太阳能的收集，阳光汇聚后加热
集热管中的工质，被加热的工质经换热器后将能量传递给软化水，将软化水变成温度约为115℃左右的饱和蒸汽，饱和蒸汽经盘管后通入水箱加热水箱中的自来水。其过程为非接触式换热。水箱内部设置温度检测点，并将采集的信息传送到控制台。
3 系统运行分析
为了保证系统安全和可靠，太阳阳能蒸汽管道与锅炉蒸汽管道分别独立设置，太阳能系统与锅炉系统切换方式，为太阳能系统自动控制锅炉系统的启动与停止，也可为操作人员手动进行切换。若系统自动完成切换，白天太阳辐照良好时，太阳能集热系统单独集热，集热时间约为7 h(9：00～16：00时)，期间检测到水箱温度达到42℃，则停止太阳能集热，锅炉系统则不启动;若到16：30时水箱温度低于38℃，系统则自动停止太阳能集热系统，启动锅炉系统继续加热;若操作人员手动切换，太阳能加热系统完成加热后自动停止，值班人员查看时可视实际情况启动锅炉系统。
当白天太阳辐照较差时，值班人员视情况启动锅炉系统。值班人员的操作权限优先于系统自动控制。当锅炉系统启动时，太阳能系统自动复位。
时钟显示器4 节能分析设备防护箱
线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统以每年运行2000h统计数据计算，节煤减排见表1。
玻璃磨边
表1 节能减排?
金属表面喷涂即线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统每产生1MW的功率，就节约了281.58t的标煤。对于我国目前总的一次能源结构中，煤耗比高达70.5%，并在未来相当长的时间，我国还不得不通过增加煤炭产量来保障国家能源的增量需求，因此，线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统的运用能有效地降低煤炭利用比例，这也完全符合国家对低碳发展和可持续发展的要求。
5 结论
菲涅尔式太阳能聚光集热技术采用紧凑型排列，土地利用率高，且系统下面可建停车场。由于风阻较小，抗风能力较强，集热系统可放置于建筑物顶部。另外，我国太阳能较丰富的地区一般风力也会比较大，尤其是北方地区，因此，应用该技术存在一定的优势。对于我国西北广大范围内的大部分地区适合线性菲涅尔式太阳能集热系统的布置与安装。该系统能够提供高质量稳定的热能，与传统的能源相结合，为生产生活提供高品质、稳定的绿能源。对调整我国能源结构，转变对传统能源依赖方式具有重大意义。
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