本發(fā)明涉及使用聚光太陽(yáng)能產(chǎn)生熱能的裝置和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及熱交換器和太陽(yáng)能接收器組合形式的裝置，以提供更高效的聚光太陽(yáng)能技術(shù)并降低平準(zhǔn)化能源成本。

背景技術(shù)：

1、水和能源密不可分，因?yàn)榈?、處理、泵送、運(yùn)輸、冷卻、加熱和循環(huán)利用水都需要大量能源。水與能源的關(guān)系是2016年17個(gè)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的兩個(gè)重點(diǎn)-“經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源”和“清潔水與衛(wèi)生設(shè)施”。

2、以海灣地區(qū)為特例，海灣合作委員會(huì)(gcc)國(guó)家是世界上人均二氧化碳排放量最高的國(guó)家之一。這是由于gcc嚴(yán)重依賴化石燃料，以及城市化進(jìn)程加快，人口增長(zhǎng)迅速，并且水資源有限(80-90％的淡水僅通過海水淡化產(chǎn)生)。這些國(guó)家的空氣冷卻和水需求占其電力消耗的60-70％。因此，找到解決水與能源關(guān)系的辦法對(duì)于社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

3、依靠不可再生能源維持這種能源密集型文明是不可持續(xù)的。由于轉(zhuǎn)向可再生能源對(duì)該地區(qū)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，公共機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)已在太陽(yáng)能方面投入巨資。

4、聚光太陽(yáng)能是一種很有前景的能源捕獲技術(shù)，它利用光學(xué)設(shè)備將太陽(yáng)能集中到表面，然后通過熱電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電。太陽(yáng)能是地球上最豐富的免費(fèi)能源，捕獲這種能源符合我們的利益。每年有8.85億twh的太陽(yáng)能到達(dá)地球表面，然而，只有不到0.002％的一次能源被人類消耗。

5、國(guó)際能源機(jī)構(gòu)表示，到2050年，聚光太陽(yáng)能發(fā)電可滿足全球約11.3％的電力需求。然而，美國(guó)能源部發(fā)布的目標(biāo)是到2030年，聚光太陽(yáng)能發(fā)電循環(huán)效率要超過50％，以將平準(zhǔn)化能源成本降低到5便士/千瓦時(shí)。

6、直接太陽(yáng)輻射是聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)，太陽(yáng)光線呈直線照射，不會(huì)散射或反射。直接法向輻照度用于識(shí)別表面(例如聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的鏡子)接收的太陽(yáng)能量。直接法向輻照度的單位為kwh/m2，表面與太陽(yáng)直接輻射垂直。

7、確定聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠的正確位置的主要方面之一是查出該地區(qū)的直接法向輻照度值，因?yàn)檫@將影響發(fā)電潛力。直接法向輻照度值受天氣條件影響，因?yàn)樾枰缋实奶炜蘸蜔o(wú)塵的反射鏡才能有效捕獲和集中太陽(yáng)輻射。

8、集成了熱能儲(chǔ)存材料的聚光太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)被視為是解決當(dāng)前太陽(yáng)能不連續(xù)性問題的出路。熱能儲(chǔ)存材料具有儲(chǔ)存熱量的能力，因此能夠在沒有陽(yáng)光、夜間或惡劣天氣條件下發(fā)電。

9、目前用于儲(chǔ)存能量的熱能儲(chǔ)存材料是二元熔融鹽混合物，由60wt％nano3和40wt％kno3(日曬鹽)組成，目前可以儲(chǔ)存能量長(zhǎng)達(dá)15小時(shí)。不過，熔融鹽也存在一個(gè)重大問題，那就是使用熔融鹽會(huì)導(dǎo)致較高的平準(zhǔn)化能源成本。

10、由于多種原因，使用熔融鹽作為熱能儲(chǔ)存材料會(huì)帶來高昂的維護(hù)和運(yùn)行成本，原因如下：1)腐蝕性強(qiáng)，因此需要昂貴的容器材料；2)熔融鹽必須保持在大約200℃的溫度下加熱，以防止凍結(jié)，從而在管道中凝固；3)高粘度對(duì)泵的性能有負(fù)面影響，從而增加能源平準(zhǔn)化成本。熔融鹽也是昂貴的材料，其出口接收器溫度低于600℃，這限制了動(dòng)力循環(huán)的熱電效率。

11、為了克服目前聚光太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的局限性，有必要選擇可替代的熱能儲(chǔ)存材料以及新的接收器設(shè)計(jì)，以提高這些工廠的能源平準(zhǔn)化成本和盈利能力。除熔融鹽外，迄今為止還研究和開發(fā)了一系列熱能儲(chǔ)存材料，包括顯熱和顯熱/惰性能量?jī)?chǔ)存材料，如油基流體、固體顆粒和相變材料等。

12、目前，聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠采用傳統(tǒng)的接收器技術(shù)，該技術(shù)使用氣體或液體連續(xù)相熱能存儲(chǔ)或流經(jīng)管道的傳熱流體。然而，傳統(tǒng)的熱能存儲(chǔ)材料的溫度限制、腐蝕性和昂貴的維護(hù)成本導(dǎo)致能源平準(zhǔn)化成本過高。

13、現(xiàn)有技術(shù)公開了許多利用流化床的太陽(yáng)能發(fā)電廠。例如cn209326118u、us2014/311479和us4338919。盡管在每種情況下，組件都具有用于流化、太陽(yáng)能加熱和儲(chǔ)存的單獨(dú)的不同單元。因此，組件復(fù)雜且昂貴。

14、wo2014/038553公開了一種組合式流化床太陽(yáng)能接收器，但是沒有提供固體顆粒通過該組件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。

15、本發(fā)明提供了一種組合式緊湊單元，該裝置提供了組合式雙太陽(yáng)能接收器和熱交換器，以使固體顆粒連續(xù)運(yùn)動(dòng)通過太陽(yáng)能接收器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)第一方面，提供了一種產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括流化床，該流化床包括太陽(yáng)能接收器和使固體顆粒圍繞所述太陽(yáng)能接收器循環(huán)的裝置。

2、優(yōu)選地，該裝置具有一體式結(jié)構(gòu)，并提供組合式太陽(yáng)能接收器和氣體或固體顆粒輸送組件。

3、一種產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括一體式結(jié)構(gòu)，該一體式結(jié)構(gòu)包括流化床、太陽(yáng)能接收器以及用于連續(xù)輸送固體顆粒通過所述太陽(yáng)能收集單元的裝置。

4、裝置優(yōu)選是連續(xù)地輸送固體顆粒并使固體顆粒再循環(huán)通過太陽(yáng)能接收器的裝置。

5、優(yōu)選地，流化床由沿床高度的中空擋板構(gòu)成。

6、優(yōu)選地，所述固體顆粒具有儲(chǔ)熱特性。更優(yōu)選地，所述固體顆粒為沙漠沙。

7、優(yōu)選地，流化床還包括熱交換器。優(yōu)選地或另外地，太陽(yáng)能接收器包括熱交換器。

8、優(yōu)選地，熱交換器的擋板容納在罩殼單元內(nèi)，該罩殼單元在流化床內(nèi)形成第二熱交換器。

9、優(yōu)選地，擋板罩殼包括延伸至每個(gè)中心的孔的側(cè)壁，以在單元的兩側(cè)提供入口或出口，從而允許微粒顆?；蚣{米顆粒能夠通過熱交換器擋板。

10、優(yōu)選地，在單元的底座開孔，以提供進(jìn)入熱交換器的冷氣入口。

11、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個(gè)儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存經(jīng)過擋板罩殼單元后被加熱或冷卻的固體顆粒。

12、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個(gè)儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存經(jīng)過擋板封罩殼單元后被加熱或冷卻的具有熱性能的流體。

13、優(yōu)選地，熱交換器由兩個(gè)擋板部分形成，所述兩個(gè)擋板部分在其底座連接在一起。

14、優(yōu)選地，裝置包括具有中空擋板裝置的流化床，以形成將熱能存儲(chǔ)材料朝向兩個(gè)太陽(yáng)能接收器分隔開的通道，以使固體熱能存儲(chǔ)材料連續(xù)循環(huán)。

15、優(yōu)選地，每個(gè)擋板部分在其遠(yuǎn)端都具有向外延伸至相應(yīng)太陽(yáng)能接收器的圓形中空擋板部分。

16、優(yōu)選地，在太陽(yáng)能接收器或每個(gè)太陽(yáng)能接收器的頂面設(shè)置熱氣出口。

17、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個(gè)定日鏡，其位于該太陽(yáng)能接收器或每個(gè)太陽(yáng)能接收器的外壁附近或?qū)γ妗?/p>

18、優(yōu)選地，橢圓鏡或菲涅耳透鏡(fresnel?lens)位于太陽(yáng)能接收器上方，以將熱量向下反射到接收器。

技術(shù)特征：

1.一種產(chǎn)生熱能的裝置，所述裝置包括緊湊的一體式結(jié)構(gòu)，所述一體式結(jié)構(gòu)包括流化床、太陽(yáng)能接收器以及用于在所述太陽(yáng)能接收器周圍不斷循環(huán)固體顆粒的裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中固體顆粒是沙漠沙。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中流化床還包括熱交換器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中太陽(yáng)能接收器與熱交換器形成一體式結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中熱交換器包括中空擋板的陣列。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中熱交換器的擋板容納在罩殼單元內(nèi)，所述罩殼單元在流化床內(nèi)形成第二熱交換器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中擋板罩殼包括延伸至每個(gè)中心的孔的側(cè)壁，以在單元的兩側(cè)提供入口或出口，從而允許微粒顆粒或納米顆粒能夠通過熱交換器的擋板。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中在單元的底座開孔，以提供進(jìn)入熱交換器的冷氣入口。

9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中裝置還包括至少一個(gè)儲(chǔ)罐，用于儲(chǔ)存經(jīng)過擋板罩殼單元后被加熱或冷卻的固體顆粒。

10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中熱交換器由兩個(gè)擋板部分形成，所述兩個(gè)擋板部分在其底座連接在一起。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中每個(gè)擋板部分在其遠(yuǎn)端都具有向外延伸至相應(yīng)太陽(yáng)能接收器的圓形中空擋板部分。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中在太陽(yáng)能接收器或每個(gè)太陽(yáng)能接收器的頂面設(shè)置熱氣出口。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中裝置還包括至少一個(gè)定日鏡，所述至少一個(gè)定日鏡位于太陽(yáng)能接收器或每個(gè)太陽(yáng)能接收器的外壁附近或?qū)γ妗?/p>

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中橢圓鏡或菲涅耳透鏡位于太陽(yáng)能接收器上方，以將熱量向下反射到接收器。

技術(shù)總結(jié)
使用聚光太陽(yáng)能產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括流化床，該流化床包括雙熱交換器和太陽(yáng)能接收器、以及使固體顆粒圍繞流化床循環(huán)的裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：M·哈姆丹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：M·哈姆丹
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21