太陽能煙囪電廠太陽能煙囪電廠課件

第六章太陽熱能6-1 低溫太陽熱能6-2 中溫太陽熱能6-3 高溫太陽熱能6-4 太陽能煙囪電廠1第六章太陽熱能6-1 低溫太陽熱能12太陽熱能利用各種集熱器(collector)收集太陽的熱能，以用於加熱或發(fā)電。依據(jù)集熱的溫度，太陽熱能可分成低溫、中溫及高溫太陽熱能三類。低溫集熱器是平板，可用來加熱室內(nèi)或游泳池；中溫集熱器也通常是平板，但用於加熱水或空氣以作為住宅及商業(yè)用途；高溫集熱器則使用反射鏡或透鏡以集中太陽光並產(chǎn)生高溫，通常用於產(chǎn)生電力。另一種方式則是利用太陽熱能驅(qū)動風(fēng)能，並結(jié)合煙囪設(shè)計(jì)以產(chǎn)生電能，稱為太陽能煙囪電廠。2太陽熱能利用各種集熱器(collector)收集太陽的被動式太陽屋有三個基本組成：即絕熱、收集及儲存。面南的玻璃後加裝一塗黑的水泥牆，當(dāng)白天太陽照射時，牆與窗戶間的空氣將受熱而較室內(nèi)溫暖，進(jìn)而形成自然對流以溫暖屋內(nèi)。而當(dāng)晚上時則可關(guān)閉牆上的通風(fēng)口以避免逆流而降低室內(nèi)溫度。3被動式太陽屋被動式太陽屋有三個基本組成：即絕熱、收集及儲存。面南的玻璃4特朗布壁面南的玻璃後加裝一塗黑的水泥牆，當(dāng)白天太陽照射時，牆與窗戶間的空氣將受熱而較室內(nèi)溫暖，進(jìn)而形成自然對流以溫暖屋內(nèi)，晚上時則可關(guān)閉牆上的通風(fēng)口以避免逆流而降低室內(nèi)溫度。4特朗布壁面南的玻璃後加裝一塗黑的水泥牆，當(dāng)白天太陽照射時，直接取得太陽屋5冬天時面南的玻璃形成太陽光收集器，而可移動的絕熱牆在晚上蓋住玻璃以減少熱散失。巨大的水泥地板可儲存熱量並避免過熱，而屋頂?shù)耐怀鑫?overhang)則可阻擋夏天過度的陽光。直接取得太陽屋5冬天時面南的玻璃形成太陽光收集器，而可移動的平板收集系統(tǒng)平板收集系統(tǒng)根據(jù)流體流動的動力來源，其可分成:主動式系統(tǒng)：主動式收集系統(tǒng)又稱為強(qiáng)制循環(huán)式，系指流體流動的來源由泵運(yùn)送。被動式系統(tǒng)：藉流體本身受熱而形成的自然對流方式運(yùn)送流體則為被動式收集系6平板收集系統(tǒng)平板收集系統(tǒng)根據(jù)流體流動的動力來源，其可分成:平板收集系統(tǒng)7平板收集系統(tǒng)7主動式收集系統(tǒng)主動式收集系統(tǒng)常用於大型之熱水系統(tǒng)和特殊面積地形，通常將儲熱筒設(shè)在室內(nèi)或地面，用泵強(qiáng)迫冷熱水循環(huán)。8主動式收集系統(tǒng)主動式收集系統(tǒng)常用於大型之熱水系統(tǒng)和特殊面積地平板收集系統(tǒng)9平板收集系統(tǒng)9真空管收集系統(tǒng)真空管集熱器有內(nèi)外雙層玻璃管套，中間為真空層，抽成一定的真空度，以抑制空氣的對流和傳導(dǎo)熱損。外層玻璃為全透明，內(nèi)層設(shè)有吸熱體，吸熱體內(nèi)為受熱流體的流動，當(dāng)中熱水向上流且冷水向下流以進(jìn)行循環(huán)。吸熱體表面鍍有選擇性吸收膜，是一種高吸熱金屬成份的表面薄膜，對入射的太陽光有高於90%的吸收率吸收膜表面吸熱後溫度可達(dá)80-150°C，所以有將冷水加熱的功能，並且有小於10%的散熱率，因此大大降低散熱的損失。真空管集熱器比平板型集熱器有較佳的熱性能，在高溫或低溫環(huán)境下均有較高的集熱效率。10真空管收集系統(tǒng)真空管集熱器有內(nèi)外雙層玻璃管套，中間為真空層，11真空管收集系統(tǒng)11真空管收集系統(tǒng)真空管收集系統(tǒng)12真空管收集系統(tǒng)12太陽熱能乾燥13太陽熱能可用於乾燥木材、農(nóng)產(chǎn)品、漁獲及生質(zhì)燃料等。以太陽熱能進(jìn)行乾燥，在提高產(chǎn)品品質(zhì)同時，可降低成本，也具備環(huán)境友善性。例如木屑(sawdust)，經(jīng)太陽熱能進(jìn)行乾燥後可提高熱值，將有利於燃燒。太陽熱能乾燥13太陽熱能可用於乾燥木材、農(nóng)產(chǎn)品、漁獲及生質(zhì)燃太陽熱能乾燥14分成主動式及被動式乾燥系統(tǒng)，可進(jìn)一步分成「整合型式(integraltype)」、「分散型式(distributedtype)」及「混合型式(mixedtype)」系統(tǒng)三類。主動式乾燥系統(tǒng)係指工作流體的流動由風(fēng)扇運(yùn)送；藉工作流體本身受熱而形成的自然對流方式運(yùn)送則為被動式乾燥系統(tǒng)。整合型式又稱為直接(direct)型式，利用太陽光直接加熱工作流體及被乾燥物質(zhì)。分散型式又稱為間接(indirect)型式，利用太陽光加熱工作流體，再以工作流體乾燥物質(zhì)?；旌闲褪絼t結(jié)合上述直接及間接乾燥方式。太陽熱能乾燥14分成主動式及被動式乾燥系統(tǒng)，可進(jìn)一步分成「整1515太陽熱能烹飪16太陽能炊具(solarcooker)可用於食物及飲用水的殺菌。重要元件包含一烹調(diào)容器及反射鏡(reflector)。反射鏡的幾何形狀通常為拋物面，材質(zhì)為金屬或金屬薄膜，而烹調(diào)容器則置於拋物面的焦點(diǎn)上。當(dāng)太陽光照射至反射鏡面上，由於聚光效果，將光線及熱量集中在烹調(diào)容器上以增加其加熱功率。太陽能炊具的設(shè)備成本低，價格便宜，以太陽能炊具烹飪食物無須使用燃料。太陽熱能烹飪16太陽能炊具(solarcooker)可太陽熱能烹飪17太陽熱能烹飪17太陽熱能蒸餾18包含一水槽置放污水，水槽上覆蓋一傾斜的玻璃蓋以接受太陽光照，玻璃以下空間類似一溫室可累積太陽光熱量。污水受熱將蒸發(fā)並凝結(jié)於玻璃蓋下，傾斜的玻璃蓋將凝結(jié)水導(dǎo)至集水渠中，進(jìn)而收集淨(jìng)水。太陽熱能蒸餾18包含一水槽置放污水，水槽上覆蓋一傾斜的玻璃蓋高溫太陽熱能19大型的高溫太陽熱能通常為集光式太陽能發(fā)電(concentratingsolarpower,CSP)，藉由集中太陽光將流體(通常為鹽水)加至高溫，以成為發(fā)電或能源儲存的能量來源。目前利用高溫太陽熱能有幾種方法，代表型式有太陽電力塔、拋物線槽、集中線性菲涅爾聚光反射鏡及碟式史特靈四種。高溫太陽熱能19大型的高溫太陽熱能通常為集光式太陽能發(fā)電(太陽電力塔(SolarPowerTower)20早期電力塔系統(tǒng)的重要組成，包含有數(shù)百至數(shù)千個向日鏡(heliostat)所組成的向日鏡場、反射光接收塔及蒸汽產(chǎn)生器、渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)、能源儲存設(shè)備及冷卻設(shè)備等。向日鏡具有追日功能，通常為雙軸追日系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將接收的太陽光反射至接收塔，接收塔可位於向日鏡場的中央或一側(cè)。反射光接收塔接收太陽光後，其所產(chǎn)生的高溫環(huán)境(可高達(dá))可將聚焦的光加熱水，利用所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動蒸汽渦輪機(jī)。太陽電力塔(SolarPowerTower)20早期電21架設(shè)於加州巴斯托(Barstow)之10MWe太陽能電廠21架設(shè)於加州巴斯托(Barstow)之10MWe太陽22太陽電力塔

22太陽電力塔太陽電力塔

23近期太陽電力塔使用熔融鹽

(moltensalt)取代水作為系統(tǒng)的工作流體，因此電力塔的主要組成有向日鏡場、反射光接收塔、熔融鹽儲槽、熱交換器、蒸汽渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)與冷卻塔等目前最常見的熔融鹽為40%硝酸鉀(potassiumnitrate)加上60%硝酸鈉(sodiumnitrate)的混合物。熔融鹽溫度大約控制於290-300°C之間以保持在液態(tài)，在接收塔受熱後溫度將提升至550-565°C之間，而後儲存於高溫熔融鹽儲槽中，儲存太陽熱能以供進(jìn)一步使用，或送至熱交換器中將水蒸發(fā)成蒸汽以推動蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電，蒸汽經(jīng)冷卻成水後則可循環(huán)使用。太陽電力塔23近期太陽電力塔使用熔融鹽(moltens太陽電力塔

24太陽電力塔2425PS10(上方)及PS20(下方)太陽電力塔外觀25PS10(上方)及PS20(下方)太陽電力塔外觀拋物線槽(ParabolicTrough)26包含許多排成一列一列用以聚焦陽光的反射鏡及位於反射鏡焦點(diǎn)的集熱管。拋物線槽單一反射鏡約5~6m，整個反射鏡陣列可長達(dá)100m。拋物線槽通常排列於南北向，反射鏡採單軸東西方向追日。反射鏡的焦點(diǎn)架設(shè)有集熱管，聚光比約介於30~80之間，用以吸收太陽光的熱能。集熱管由不鏽鋼製成，表面塗有特殊塗料，可有效聚集陽光熱能，集熱管外包覆一層玻璃真空層，以防止熱能散失。集熱管內(nèi)的工作流體為合成油。熱油流至熱交換器，將水加熱成過熱蒸汽以推動蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電。拋物線槽(ParabolicTrough)26包含許多排拋物線槽27拋物線槽27拋物線槽的追日方式28拋物線槽的追日方式28集熱管結(jié)構(gòu)29集熱管結(jié)構(gòu)29內(nèi)華達(dá)太陽能一號30內(nèi)華達(dá)太陽能一號30西班牙安達(dá)索爾太陽熱能電廠31西班牙安達(dá)索爾太陽熱能電廠31集中線性菲斯涅爾反射器(ConcentratedLinearFresnelReflector)32集中線性菲斯涅爾反射器的結(jié)構(gòu)類似拋物線槽集熱系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)較簡單。集中線性菲斯涅爾反射器只是使用長方形平面或輕微彎曲的鏡子，鏡子經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，可以有效聚集陽光。集中線性菲斯涅爾反射器的集熱管或接收器架於塔上，以接收太陽光的熱能。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單，建置成本較低，接收器可以直接產(chǎn)生蒸汽，所以不用使用熱交換器，也不需要接收管與合成油的成本；缺點(diǎn)是效率較拋物線槽差，也無法與儲能系統(tǒng)整合。集中線性菲斯涅爾反射器32集中線性菲斯涅爾反射器的結(jié)構(gòu)類似集中線性菲斯涅爾反射器33集中線性菲斯涅爾反射器33菲斯涅爾太陽能電廠PE1之外觀34菲斯涅爾太陽能電廠PE1之外觀34Kimberlina太陽能熱電廠35Kimberlina太陽能熱電廠35碟式史特林(DishStirling)36一碟式史特林系統(tǒng)由一個太陽能聚光單元和一個電能轉(zhuǎn)換單元所組成，電能轉(zhuǎn)換單元通常為史特林引擎(Stirlingengine)，故稱為碟式史特林。碟式史特林的聚光方式類似拋物線槽式收集器，差別在於碟式史特林使用碟型反射鏡做為集光裝置，並使用雙軸追日，以三維的方式將太陽光聚焦在一點(diǎn)。碟型反射器上焦點(diǎn)的溫度可達(dá)700°C，焦點(diǎn)上的接收器有一個獨(dú)立的引擎，例如史特林引擎或微型渦輪機(jī)，因此熱能可直接驅(qū)動引擎或渦輪機(jī)產(chǎn)生電力，不需要熱交換器與冷卻系統(tǒng)。碟式史特林(DishStirling)36一碟式史特林系碟式史特林37碟式史特林37亞歷桑納州的碟式史特林發(fā)電系統(tǒng)38亞歷桑納州的碟式史特林發(fā)電系統(tǒng)3839四種集光式太陽能發(fā)電設(shè)備的接收器的種類可分成「固定式(fixed)」及「移動式(mobile)」兩種。固定式接收器意指太陽能接收器為固定之裝置，因此保持了電廠聚焦裝置的獨(dú)立性，並簡化了熱收集的運(yùn)輸移動式接收器隨著聚焦裝置一起移動，因此可收集更多的能量。至於聚焦方式可分成「線聚焦(linefocus)」及「點(diǎn)聚焦(pointfocus)」。線聚焦沿單軸追日，並將熱集中於線接收器，此設(shè)計(jì)使得追日程序較容易；點(diǎn)聚焦則以雙軸追日，並將太陽熱能集中於一點(diǎn)，因此可得到較高溫度。39四種集光式太陽能發(fā)電設(shè)備的接收器的種類可分成「固定式(40接收器的種類聚焦方式線聚焦點(diǎn)聚焦固定式集中線性菲斯涅爾反射器太陽電力塔移動式拋物線槽碟式史特林40接收器的種類聚焦方式線聚焦點(diǎn)聚焦固定式集中線性菲斯涅爾反太陽能煙囪電廠41太陽能煙囪電廠(SolarChimneyPowerPlant)是一種以太陽熱能驅(qū)動風(fēng)力，並結(jié)合煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的上升氣流推動渦輪發(fā)電機(jī)

以進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)。主要組成為太陽能集熱器和一個高大的煙囪。集熱器有一個圓形的透明頂層和下方的地板，透明頂層可為玻璃或透光的高分子(塑膠)板。當(dāng)太陽光透過透明頂層輻射至地板時，集熱器內(nèi)部猶如溫室可將空氣加熱。構(gòu)想上，集熱器的直徑介於500公尺及10公里之間。熱空氣在自然對流作用下將向上流動，並通過煙囪流出，煙囪的高度則介於100公尺及1公里之間。熱空氣流動時，流道上裝有渦輪發(fā)電機(jī)用以發(fā)電。太陽能煙囪電廠41太陽能煙囪電廠(SolarChimne42太陽能煙囪電廠42太陽能煙囪電廠太陽能煙囪電廠43單一的垂直