太阳能烟囱发电技术研究进展

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1、万方数据第37卷第1期2009年1月河海大学学报(自然科学版)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)V01．37No．1Jan．2009DOI：10．3876／j．issn．1000-1980．2009．01．009太阳能烟囱发电技术研究进展左潞1，郑源1，周建华2，屈波1(1．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098；2．河海大学电气工程学院，江苏南京210098)摘要：简单介绍了太阳能烟囱发电技术的产生背景、原理和特点，叙述了国内外太阳能烟囱发电技术的研究进展，总结了国内外主要研究方法和成果，指出了存在的问题，并根据中国太阳能资源分布情况，

2、提出了中国适合大规模建造太阳能烟囱电厂的看法．关键词：太阳能烟囱；集热棚；蓄热层；空气涡轮机；太阳能烟囱电厂中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1000一1980(2009)0卜0041—07全球性常规能源短缺、供需矛盾日益激化，全球气候变暖、生态保护迫在眉睫，这双重的巨大压力将迫使人们寻找新能源和可再生能源．在众多能源中，太阳能优势独特，因为它储量无限，完全清洁．因此，太阳能越来越受到人们的重视．太阳能烟囱(Sc)技术将古老的烟囱技术与现代太阳能热利用技术完美结合，基于热压作用下的自然通风原理，利用太阳辐射为空气流动提供动力，将热能转化为动能，从而增大了压头和排风量．最早开始研究S

3、C的是法国科学家Tmmbe，Trombe的这一研究引起了人们的普遍关注．随后，人们对Sc进行了一系列探索性研究，并将SC应用于许多领域．sC技术作为一项新技术，在改善室内居住环境、食品及农副产品干燥处理、海水淡化、改善局部地区小气候和发电领域等有着非常广阔的应用前景，成为本世纪新能源与可再生能源研究的主要方向之一．本文简单介绍了sc发电技术的产生背景、原理和特点，叙述了国内外sC发电技术的研究进展，总结了国内外主要研究方法和成果，指出了存在的问题．1SC发电技术简介1978年，德国Schlaich等[i]提出了建造太阳能烟囱电厂(SCPP)的设想．sc发电系统主要由SC、集热棚、蓄热层和空气涡

4、轮机组4部分构成，如图1所示。由透明面盖和支架组成的集热棚以SC为中心，呈圆周状分布，并与地表蓄热层保持一定距离．透光隔热集热棚相当于一个巨大的透明温室，其地表蓄热层吸收太阳短波辐射后温度升高，并加热棚内的空气，空气吸收热量后，温度升高，密度降低，与外部环境形成密度差，从而形成压力差．起负压管作用的烟囱加大了系统内外的压力差，从而会形成强大的上升气流，上升气流驱动置于烟囱底部中央的单台空气涡轮发电机或呈环形排列的多台小型空气涡轮发电机组发电．由于蓄热层白天吸收了大量的太阳辐射能，夜间仍会不断释放热量，发电机可实现连续发电．空气在SC发电系统流动的过程中，出图l太阳能烟囱发电原理示意图魄，1髓卿

5、0fsolard】岫powergeneration现了3种能量的转换：(a)空气被加热后，太阳能转化为空气内能；(b)空气在烟囱内上升流动，将内能转化为动能；(c)气流推动涡轮机转子转动，动能转化成电能．SC发电系统将温室技术、烟囱技术和风力涡轮机技术结合为一体，具有设计简单、取材容易、建造成本收稿日期：2007—12—26基金项目：河海大学自然科学基金(2007419611)作者简介：左潞(1966一)。女．江苏江都人。博士研究生，主要从事可再生能源利用研究．万方数据42河海大学学报(自然科学版)第37卷低、设备简单、运行部件少、维修方便、运行维修费用低、可昼夜连续运行、使用寿命长、无需冷却

6、水源、无环境污染、可改善局部环境及气候条件等优点，其缺点是发电昼夜波动、能量转换效率不高、超高烟囱存在防风防震安全问题．2国外SC发电技术研究1981年，德国和西班牙合作在西班牙Man2anmles建造了第1座SC示范电厂【2J．这座电厂的烟囱高194．6m，烟囱直径为10．3m；集热棚半径为122m，集热棚边缘与地面的间隙为2nl左右，集热棚出口处棚顶距地面8m．棚内设置了蓄热系统，可实现连续供电．白天涡轮机转速为1500r／min，输出100kW的电量，夜间涡轮机转速为1000r／min，输出40kW的电量．之后，Haaf等【3j分析了Manzanares电厂的能量平衡、设计标准和费用等问

7、题．K—sst[4]在美国康涅狄格州建造了一座烟囱高10m、集热棚直径6ITI、输出功率lOW的“庭院式”太阳能发电装置。Lautenschlaqer等bJ报道了Manzanares样机运行2年多的测试结臬，并得到SC发电技术可用于大型电厂的结论．Mullett⋯6分析了SCPP系统的总效率及在欠发达国家建造不同规模SCPP的可行性．Padki等【7-8]分析了SCPP系统的传热流动特性，建立了相