太阳能气流发电和太阳能热发电

一、太阳能气流发电工作原理

1.总述工作原理

目前，利用太阳能发电的方法主要有太阳能热发电和太阳能光发电两大类。在利用太阳能发电的方式中，最为奇特的要数太阳能气流发电了。由于这种电站的构造很奇特，有一个高大的“烟囱”，所以也被称作太阳能烟囱电站，不过这个烟囱可不是用来排烟的，是用它抽吸空气，所以确切地说应称其为太阳能气流电站。

2.热气流发电的形成过程

1978年1月，前联邦德国的史兰赫博士首次提出了建造太阳能气流电站的设想，当时很多人认为他是异想天开，对他的方案持反对意见。但他仍然信心十足，80年代初，在前联邦德国政府的支持和帮助下，这个新奇的电站竟建成了，并获得试验成功。它为人类利用太阳能发电，又开辟了一条新的途径。史兰赫独辟蹊径的设计思想受到了人们的高度赞扬，在当代科学界传为美谈。

矗立在太阳能气流电站中央的大“烟囱”，用波纹薄钢板卷制而成，其直径达10.3米，高200米，重达200吨。在“烟囱”的周围，是巨大的环形曲面半透明塑料大棚。大棚的中央部分高8米，边缘高2米，周长252米（如下图1）。这个庞然大物是在金属骨架上装塑料板制成的。在“烟囱”底部安装有气轮发电机。

当大棚内的空气经太阳曝晒以后，温度比棚外高处20℃左右。因为空气具有热升冷降的特点，再加上高大“烟囱”急速的向外排风的作用，可以使热空气以每秒20～60米的速度快速地排出去，从而使设在“烟囱”底部的气轮发电机发电。德国的这座太阳能气流电站，白天可发电100兆瓦，夜间虽没有阳光，但棚内空气温度仍是出奇地高，还可以发电40千瓦。它的发电成本与核电站相近，相当低廉。

3．能量转化形式

能量转化形式：太阳能--热能—风能—机械能—电能

太阳能热气流发电逐渐成为人们开发利用新能源的一个值得探索的途径，利用太阳光照射，加热太阳能集热装置的空气，热空气上升流动形成风,将热空气形成的风汇集在纵向设置的导风筒内，利用烟囱效应提高风速,利用风推动设置

于导风筒上方的风力发电装置发电。在夜间无太阳光时，调节风力发电装置的风叶方向利用自然风力发电。可以在风叶上设置旋转机构，使风叶可竖直方向旋转，从而在晚上无法利用太阳能时，只要将风叶旋转90°，即可变成正常的“风车”风力发电装置，利用自然风力发电。

（图1）

二、太阳能气流发电技术发展现状

进入20世纪90年代以来，太阳能热发电技术进入发展阶段，2003年世界上第一座真正的高达1000米的太阳能热气流电站在澳大利亚建设，该电站集热棚直径达7公里，在烟囱底部安装32个6.25MW的发电机组，总发电能力200MW,年发电量5000GWh，供20万户居民的用电。

在国内，热气流发电研究活跃在2005年，新疆，内蒙古，安徽等地有大企业均有意在中国率先建设热气流发电站。因此，在未来几年内，热气流发电在国内将有很好的发展势头。

太阳能热气流发电场被誉为“沙漠中的水电厂”，因其原理简单，运行费用低，安全清洁无污染而受到国内外的广泛关注，有理由相信其在未来发展会像水电那样成功。

利用太阳能烟囱为建筑提供新风或地板取暖，已经在许多建筑上成功运行许多年，相信从建筑一体化的角度出发，紧密跟踪太阳能烟囱发展情报，并着手开展先关原理探索与研究，相信太阳能烟囱技术会在未来取得一些开创性成果。

传统的发电方式相比，太阳能热气流发电系统具有设计简单、取材方便、运行可靠、运动部件少、维修方便、维修及运营成本低廉、无环境污染、昼夜运行连续稳定、使用周期长。而且利用太阳能气流发电，可以使大片沙漠地得以覆盖，切断裸露的沙源，对缓和沙化改良沙漠的生态条件，降低沙尘暴有一定的功用。热气流的上升与高空冷空气相遇，能形成雷雨云，增加降雨的机会。塑料大棚内的空间相当大，温度又较高，可以作暖房，用以种植瓜果蔬菜，以及栽培早熟的农作物等。

三、太阳能气流发电与太阳能热发电相比的优缺点

1.发展优势：

a.既能吸收直射太阳光，又能吸收漫射太阳光，因此受天气的影响效果小。

b.白天集热棚地面吸收的太阳能短波辐射被储存起来，夜间释放能量发电，保证机组连续运转，持续向电网送电。

c.太阳能烟囱坚固使用寿命长，不易损坏，仅有的运动部件为太阳能涡轮发电机组，运行工况较为稳定可靠，成本较低。

d.太阳能烟囱与集热棚均为常规材料，设备较其他发电厂简单，费用低，而且电厂规模越大，功率越大，发电效率也越高，规模效应越显著，经济性越强。

e.可产生延伸技术和拓展领域，如海水淡化与生产玻璃、水泥等工厂的加工等

f.热气流发电不需要冷却水，对阳光充裕而水资源匮乏的国家来说，热发电更有吸引力。

g.电厂不会产生污染，无有害气体及温室气体的排放，使温室效应局部得到改善。

2.发展劣势

a.发电效率低，不足百分之一。

b.占地面积达，集热棚面积大，烟囱高

c.消耗大量建筑材料，如玻璃、水泥和钢筋。

d.只适宜于特定的地区，因此建设复合型电厂比较困难。

e.适合建设大规模发电系统，因此初投资比较高，规模化建设才能使得其初投资能够接近