一种新型太阳能集热装置——太阳能多级加热系统

进 展 。２ １ ０ ０年 ９月 ， 国 自主研 究 开发 、 我 自主 设 计 生 产 的槽 式 太 阳 能集 热器 系统 已在 北 京 延 庆 太 阳 能 热
其 商业 化 前景较 好 。 国内 ２ 世 纪初 开始 对 碟 式集 热 ｌ
器 也 进 行 了许 多研 究 和 设 计 啊 取 得 了 一 定 的进 展 。 ， ２１ ０ ０年 ４月 ， 国 的“ 阳 能碟 式 热 发 电 ” 目在 怀 我 太 项 柔 产 业基 地投 产 。
一
种新型太 阳能集 热装置—— 太阳能多级加 热系统
万春华
（ 海职业学院， 东 威 山 威海 ２ ４ １） ６ ２ ０
摘要 ： 常规 能源过度消耗与环境污染正成为我 国经济与社会可持 续发展 的重要制约 因素， 急需发展环境友好型 的可再生 能源利用技 术 。分布式太 阳能热利用系统可以有 效解决人 口非密集地 区的能源供给 问题 。太阳能多级加热 系统的研究 旨在为以较小的代 价提供 高品位热能提供新的思路和用能模式 。该 系统把真 空管太 阳能集热器 、 聚焦型太阳能集热器和点聚 焦型 太阳能集热 线
收 稿 日期 ： ０ １０ ．４ 修 回 Ｅ期 ：０ １０ ．６ ２ １ －５０ ； ｔ ２ １－５１
面要 降低采暖空调系统的能耗 ， 节约能源 ， 并且减少 采 暖空 调造 成 的大 气污 染 。尤 其是 近几 年 ， 中城 市 大 为 改善 空 气 质 量 ， 迫切 需 要 降低 燃 煤 消 耗 量 ， 力 推 大 广可 再生 清洁 能源 的使 用 。 太 阳 能 集 热器 吸 收 太 阳辐 射 同 时将 产 生 的热 量 传 递 给传 热工质 。 的效率 决定 了太 阳 能热利 用 的效 它 率 ， 组成 太 阳能 热利 用 系 统 的主 要 部 分 ， 整 个 太 是 在 阳能热 利 用系 统 中起 到关键 作 用【。 目前 常用 的太 阳 ３ ］ 集热 器 有 平 板集 热 器 、 空管 集 热 器 、 式 集 热 器 和 真 槽 碟式 集热 器 。平 板集 热 器从 １６ 开始 得 到 了深 入 ９ ０年 研 究 和规 模 化 应用 。 １７ ９ ８年 我 国从 美 国引进 全 玻 璃 真 空 集 热 管样 管 ， 经过 多年 的努 力 ， 立 了拥 有 自主 建 知 识产 权 的现 代化 全 玻璃 真 空集 热管 产 业 ， 品质 量 产 达世界先进水平［ ０ ４ ］ 世纪 ８ 。２ ０年代 中期我 国开始研 制热管真空集热管， 攻克 了许多技术难 点， 目前热管 式 真空 集热 器技 术 也较 为成 ５ ］ 式集 热 器属 于聚 。槽 光集 热器 。 聚光 集热 器采 用抛 物柱 面或 凹面 镜收 集太
民生活 水平 的重要 物质 基 础 ， 也是 发展 经济 的首 要 问 题 。 开发 和利 用 能源 ， 社会 发展 和 国 民经济 有着 很 对
重 要 的 意义 。世 界 消 耗 的 能量 大 多 来 自化 石 能源 燃
能耗 的 比例 。我 国的建筑 业 近年 来 发展 迅猛 ， 筑 节 建 能形 势 更 加 严 峻 ： 一方 面建 筑 面 积 不 断 增 多 ， 一 方 另
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阳辐 射 能量 ， 用 光 学 聚 光 系统 ， 到 比真 空 管 集 热 采 得 器 更 高 的热 能 ， 高 了太 阳能 的 能量 密度 。其 吸 热 面 提 积 远 小于 采 光面 积 ， 损 失很 少 ， 热 适用 于 中高温 领域 。 经 过 近 百年 的发 展 ， 国外 的槽 式太 阳集热 器 技术 已 日 趋 成 熟 ， 内近 年 在槽 式太 阳集热 器 方面 也 有一 定 的 国
１ 太阳能多级加 热 系统分析
太 阳 能 多级 加 热 系 统 是 太 阳 能 热利 用 系统 的重 要 组 成 部分 ， 阳辐 射 能被 加 热 系 统 收集 ， 后 经 过 太 然 管 路 系统 输送 到储 热 系 统 中 ， 再输 出储热 系 统 中 的热 量 供 日常 生活所 用 。 １１ 加 热 系统 的组成 与要 求 ． 加热 系统 分为 三级 ， 图 １所示 。 如
大 的 聚光 比 ， 收集 大 量 的太 阳 能 ， 能够 跟 踪 太 阳 ［ 且 ９ 】 。
水蒸 气通 过 太 阳能 接收 器 吸收 太 阳能 ， 阳能 接 收器 太 内设 有足 够 长 的弯 曲的管 道 ， 蒸 气经 过 时就 能 够 吸 水 收足 够 多 的热 量 ， 由此 面 临 的 问题 是接 收 器 内管 道 要 有足 够 大 的承 压 能力 。 高温 高压 蒸汽 再经 过 熔 融盐 蓄热 材料 ， 热 量存 把 储起 来 ， 存 的热 量可 以用来 冬季 供 热 、 储 供热 水 、 饪 烹 等 日常 生活 需要 。 高 压蒸 汽 末端 形 式如 上 图所 示 ，接入 供 暖 系统 ，
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０ 引言 能源 是发 展科 学技 术 、 工业 、 农业 、 国防和 提 高人
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料 ， 化石 能源 资源 非 常有 限， 能维 持几 十 年 【 但 只 ｌ 。此 外 ， 烧 化 石 能源 燃 料 时 会 产 生 大 量 的 Ｃ ：引起 温 燃 Ｏ， 室 效应 ， 生态 环 境造 成严 重 的破 坏 。在环 境 保护 和 对
可持续发展的倡导下， 国际社会正在积极探索新能源 的 开发 利用 。中 国属于 人 口众 多 、 能源 资源 相 对 匮乏 的 发 展 中 国家 ， 要全 面 实现 小康 社 会 ， 先 必 须解 决 首 能源 环境 与 经济 发展 的矛盾 。 能源 是保 证 中国在 新世 纪经 济 保持 持 续高速 发 展 的基础 。从 长远 来看 ， 由于 资源 不 可再 生 且污 染严 重等 问题 ， 统 能源 结 构 终将 传 被 可 再生 的清 洁 能源 结构所代 替 网。 总能耗 中的建筑 用 能一直 占有很 高 的 比例 。随着 人 们 生活 水 平 的提 高 ， 筑物 不 仅要 满足 冬 季采 暖 的 建 要 求 ， 且 需 要 在夏 季 空 调 降温 ， 一 步 提 高 了建筑 而 进
发 电试验 基 地竣 工 ， 始投 入 加载 运 行 。碟 式集 热 器 开 可 以产 生 相 当高 的温 度 ，在 国外 主 要 用 于 热 发 电系 统 。美 国 、 西班 牙 等 国 已拥 有 多座 碟 式太 阳能热 发 电 系统 ， 成 功运 行 ［ 虽 然 尚处 于试 验 和 示 范 阶 段 ， 并 ６ ］ ， 但
第 一 级采 用 真 空管集 热 器 ， 可将 输送 过 来 的水 它 加热 到 ８ ～ １０℃［ ０ ０ ８ １ ，加热 过 的水 经过 第 二级 加 热 系 统 ， 样可 以有 效地 提 高二 级加 热器 的效 率 。 这 第 二 级太 阳能集 热 器采 用 线聚 焦 型集 热器 ， 它应 用 的是 直通 式 真 空管 。 直通 式 真空 管主 要 由两部 分 组 成 ： 热 管和 玻璃 管 。有 高温 选择 性 吸 收涂层 覆 盖 在 吸 吸 热 管表 面 。传 热 介质 由吸热 管 的一 端 进入 ， 另 一 从 端流出， 经太 阳辐 射 加 热后 流 体介 质被 加 热 。借 助 于