能源科学导论

太阳能热发电过程中的单罐蓄能系统

学号：11056321

姓名：奎伟

一：引言

太阳能热发电对于解决我国能源紧缺及环境污染问题具有十分重要的意义。但是，目前正在运营的商业电站多采用双罐蓄能，为确保安全运行，每一个蓄能罐被做成能够容纳整个电站熔盐总量的体积，而电站实际运行时，在同一时间，每一个盐罐的实际储盐量从未超过熔盐体积的一半，导致很大的浪费，同时造成电站投资费用和运营费用的增加。为了降低太阳能热发电成本，同时便于运营管理，人们提出单罐蓄能系统。与双罐蓄能系统相比，其能量储存成本可以降低35%。本作品涉及太阳能热发电蓄热技术领域，特别涉及一种太阳能单罐蓄能装置及其使用方法。在蓄能罐中布置换热器实现储能和释能，则储热罐内完成的即是蓄热介质的自然对流传热过程。

二：正文

能源紧缺及环境污染已成为制约我国经济发展的瓶颈，尤其是雾霾的出现，更是推进了我国发展可再生能源的进程。太阳能热发电技术作为一种新的可再生能源利用方式，近年来得到了快速的发展。太阳能昼夜产生的间歇性及气候影响产生的波动性，使得蓄热成为太阳能热发电技术的关键环节。蓄热介质作为一种新的蓄热、蓄热介质，目前在高温太阳能热发电装置中得到了广泛应用，且成功使用。目前的太阳能热发电装置多采用两个“冷”、热盐罐进行蓄能，太阳能辐照较好时，通过太阳能集热器将多余的太阳热能储存在热盐罐中，没有太阳能时，将热盐罐中蓄热介质抽出与释能介质换热，释能后的“冷”盐储存在冷盐罐中。双罐蓄能已被证实可行并成功应用在实际商业电站中,但双罐蓄能成本较高。为确保电站安全运行，每一个蓄能罐被做成能够容纳整个电站蓄热介质总量的体积，而电站实际运行时，在同一时间，每一个盐罐的实际蓄热介质储量从未超过熔盐罐体积的一半，导致很大的浪费，同时造成电站投资费用和运营费的增加。为了降低太阳能热发电成本，同时便于运营管理，人们提出斜温罐的概念，在储罐内布置廉价的石英砂等介质，让高温熔盐流过储能罐形成温度分层，实现蓄能和释能，单罐斜温蓄能装置已被证明：与双罐装置相比，其能量储存成本可以降低35%。但如何控制并有效利用因密度差而形成的热分层是单罐蓄能需要解决的关键和难点，目前此问题还未被有效解决。寻求廉价而有效的蓄能方法一直是人们研究太阳能热发电技术的焦点。

2设计方案

本发明的目的在于提出一种简单的单罐蓄能、释能装置，以满足太阳能热发电的技术要求，并大幅度降低蓄能成本。

为实现上述目的，本发明提供一种单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；

所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质通过管路与太阳能集热器连接，所述传热介质出口通过管路与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器管路连接；

在所述蓄能罐罐体内上设有隔板，所述隔板为绝热的圆柱套管，固定在蓄能罐罐体的中央；在所述隔板上部套有盘管换热器；

在所述蓄能罐罐体上还设有释能介质入口、释能介质出口，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；所述释能介质入口在蓄能罐罐体的罐内与释能盘管换热器相连，在蓄能罐罐体的罐外与能量利用装置相连；

进一步的，还包括设在蓄能罐罐体底部的浸没式螺旋换热器。

进一步的，所述蓄能罐罐体内的上半部分还固定有使传热介质均匀流向蓄能罐底部的分流器。

进一步的，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

一种单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；

所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质通过管路与太阳能集热器连接，所述传热介质出口通过管路与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器管路连接；

在所述蓄能罐罐体内设有隔板，所述隔板为活动绝热板；

在所述蓄能罐罐体上还设有低温传热介质入口、高温传热介质出口，在所述低温传热介质入口与高温传热介质出口之间还连接有盘管换热器；在盘管换热器的顶部和底部分别设有释能介质出口和释能介质入口。

所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

本发明中传热介质与释能介质可以相同，也可以不同，选自是水、空气、熔融盐或其他导热油等。

三：结论

（1）单罐蓄能释能装置结构简单、紧凑，使用方便。

（2）单罐蓄能装置制造成本较低。与双罐蓄能相比，只有一个储罐使得其制造成本降低。同时单罐蓄能释能装置，装置运行过程简单，维护成本降低。

（3）工作温区范围宽广。根据实际蓄能温度需求，选择合适熔点和使用范围的传热介质作为蓄能材料，使得单罐蓄能、释能过程中罐内传热介质处于较高的温度范围，减小了蓄能罐的大小，同时达到了较好的蓄能、释能效果。

在全国大中城市，蓄能装置普及数量很多，很多蓄能装置都有待在节能措施和蓄能效果实施改进;同时由于各个大中城市的环境污染情况日趋严重，太阳能这种可再生的清洁能源备受关注，因此应用前景很广。