太阳池热能发电系统的优化方案

由于水对长波辐射几乎是不透明的,所以当太阳辐射进入池内后,红外部分在水面以下几厘米的范围内就全部被吸收掉了。而可见光和紫外线则可穿透清洁水达几米的深度,并由涂黑的池底所吸收。因为水是热的不良导体,所以池底所吸收的热量很少能通过传导散失到大气中去。此外,只要池水中的盐浓度梯度满足一定的稳定性条件,池水在垂直方向上也基本不会发生对流,因此通过对流产生的热损失也很小。同时,池底和池水作为辐射源,由于其温度都较低(小于100℃),所以辐射的波长多在远红外区,全部都被池水本身所吸收,因而辐射热损失也极小。总之,太阳辐射除在池水表面层发生损失外(当然,由于池水从上至下的浓度不断增大,其折射率也不断增大,还会发生多次反射损失,但其值很小),进入池内的部分基本上全部被池水和池底所吸收,且池水本身还可以作为隔热体,防止池底和下层水所吸收的热量朝上散失到大气中去,所以底层的池水温度最高,以致设计较好的太阳池,其底层池水温度可达到接近沸腾的程度。因此。太阳池是一种结构简单、成本不算昂贵的大型太阳能集热器和蓄热器,并且它的蓄热量较大,还可以作为长期(跨季度)的蓄热器。

1902年,匈牙利科学家Kalecsinsky偶然在位于Transylvania的Medve湖内观察到,夏末时1.32m深的湖底温度已达到70℃,早春时湖底温度也高达26℃,由此他首次提出了人工建造太阳池的设想。1958年,以色列首先开始了太阳池研究,但是由于当时的技术水平低和对能源的需求不迫切,并没有引起人们的足够重视。直到1979年以色列建造的150kW太阳池发电厂投入运行,加上世界能源短缺和环境污染严重等因素,才使得太阳池的研究工作得到了飞速发展。

国内最早的有关太阳池的试验是由郑州工学院和甘肃省自然能源研究所分别于1977年和1978年进行的。之后,徐河和李申生等对太阳池蓄能及太阳池非线性浓度梯度区在理论、模拟计算方面和试验方面进行了研究,但在太阳池热能发电技术应用上国内尚属空白。

1.太阳池热能发电的原理

太阳池热能发电的工作原理是利用高温盐溶液在蒸发器内使低沸点介质蒸发产生蒸汽,推动汽轮机并带动发电机发电,从汽轮机排出的蒸汽进入冷凝器冷凝,冷凝液用循环泵抽回蒸发器。如图3.10所示为太阳池发电系统原理图。(www.xing528.com)

图3.10　太阳池发电系统原理图

2.太阳池热能发电在我国的应用前景

由于盐价往往占整个太阳池造价的1/4～1/3,因此在盐湖附近建造太阳池可以大大降低成本。而我国是一个多盐湖的国家。据2000年最新资料统计,我国有盐湖1500多个,在占全国面积将近1/2的区域内,均有现代盐湖或地下孔隙卤水断续分布。青藏高原、新疆、内蒙古等地区是我国盐湖分布的稠密区,也是世界盐湖分布最集中的地区之一,所以我国开展盐湖太阳池的应用性研究工作是十分适宜的。另外,直接利用海水作为储热区的太阳池,不仅简便易行,而且不用担心水体对环境的污染,而我国有着大于32000km的海岸线。所有这些都为我国太阳池发电的应用提供了自然条件。

太阳池热发电方式的最突出优点是构造简单、生产成本低,它几乎不需要价格昂贵的不锈钢、玻璃和塑料一类的材料,只要一处浅水池和发电设备即可。另外它能将大量的热储存起来,可以常年不断地利用阳光发电,即使在夜晚和冬季也照常可以利用。因此,有人说太阳池发电是所有太阳能应用中最为廉价和便于推广的一种技术。有关学者提出组合式太阳池电站的设计思想,即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来,使太阳池发电的成本大大下降,并且一年四季都可以用,即夏天用于空调,冬天用于采暖。