2017科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-用于海水淡化的太陽(yáng)能中高溫?zé)犭娐?lián)供技術(shù)研究與示范

1、用于海水淡化的太陽(yáng)能中高溫?zé)犭娐?lián)供技術(shù)研究與示范 預(yù)申報(bào)書(shū)項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目研發(fā)目的及必要性由于水資源分布不合理，我國(guó)沿海地區(qū)大多為淡水緊缺地區(qū)，我 國(guó)許多島嶼的淡水資源更加奇缺，只能靠收集雨水和用船從陸地運(yùn)水 來(lái)解決飲用水問(wèn)題，每噸水的成本有的高達(dá)50元，遇到惡劣的天氣， 供水還經(jīng)常得不到保障。而采用海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水，成本低，而 且供水保障較為可靠。我國(guó)擁有18000多公里的海岸線，沿海地區(qū)經(jīng) 濟(jì)又較為發(fā)達(dá)，工業(yè)和居民生活對(duì)淡水需求量大， 而且沿海有人居住 的島嶼有幾千個(gè)，可見(jiàn)該部分市場(chǎng)空間巨大。止匕外，內(nèi)陸苦咸水地區(qū) 淡水資源嚴(yán)重缺乏，卻蘊(yùn)含豐富的地下苦咸水資源， 這些地區(qū)由于缺 水而不得不

2、長(zhǎng)距離運(yùn)水，費(fèi)用十分驚人，這就為利用海水淡化技術(shù)進(jìn) 行低成本的苦咸水淡化提供了廣闊的市場(chǎng)空間。電力、淡水資源供應(yīng)不足一直是限制沙漠、海島等邊遠(yuǎn)地區(qū)資源 開(kāi)發(fā)利用的重要因素，同時(shí)注意到沙漠、海島等地區(qū)常年光照強(qiáng)度大、 時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能資源十分豐富，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電和海水淡化是解 決這些地區(qū)電、水資源短缺的重要途徑，本項(xiàng)目基于前期在太陽(yáng)能淡 化、發(fā)電方面積累的成果，研發(fā)電-熱雙輸出復(fù)合型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)集 熱技術(shù)以及相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中高溫太 陽(yáng)能熱電聯(lián)供示范系統(tǒng)，建設(shè)一套分布式光熱太陽(yáng)能電水聯(lián)產(chǎn)示范工 程。項(xiàng)目總體目標(biāo)本項(xiàng)課題研究利用三維聚焦跟蹤太陽(yáng)能碟架的高倍聚光特性，研

3、發(fā)電能-熱能雙輸出的復(fù)合型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)集熱裝置以及相應(yīng)的碟架 反射鏡組，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中高溫太陽(yáng)能熱電聯(lián)供示范系統(tǒng)。 在高效發(fā)電的同時(shí)，還能夠?yàn)槎嘈ШＫb置提供中高溫蒸汽以生 產(chǎn)淡水，且電能與熱能的輸出比例可調(diào)整。主要研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容.電能-熱能雙輸出的復(fù)合型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的集熱技術(shù)發(fā)電集熱裝置和采熱集熱裝置的集成設(shè)計(jì)：這是本項(xiàng)課題任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。兩部分集熱裝置的應(yīng)用目的不同， 對(duì)熱能品質(zhì)的要求 完全不相同。因此如何用一個(gè)碟架實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種不同品質(zhì)熱量的采集和 傳輸是本課題要解決的關(guān)鍵技術(shù)。雙輸出集熱裝置熱量比例可調(diào)技術(shù)研究：為適應(yīng)不同地區(qū)，不同 應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)熱一電負(fù)荷比例的不同需求， 本

4、項(xiàng)目確定的研發(fā)目標(biāo)是兩 部分輸出能量的比例可調(diào)節(jié)。為此，在采熱裝置的設(shè)計(jì)和安裝方面采 用新的熱電優(yōu)化配比設(shè)計(jì)思路。.基于不同品質(zhì)熱量需求的反射鏡組設(shè)計(jì)及其可調(diào)聚焦技術(shù)反射鏡鏡型設(shè)計(jì)和聚焦技術(shù)：用于熱量輸出的集熱裝置具有和發(fā) 電集熱裝置不同的熱參數(shù)要求，需要對(duì)這部分反射鏡的型線-聚光比- 光通量分布狀態(tài)以及不同于發(fā)電部分的聚焦調(diào)節(jié)模式和策略進(jìn)行分 析和仿真計(jì)算，以期獲得良好的熱量采集效果。.用與海水淡化的儲(chǔ)熱技術(shù)太陽(yáng)能作為熱源本身存在不穩(wěn)定供給的特點(diǎn)，在整個(gè)系統(tǒng)中配備一定容量的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)是必要的。需要研究并選取儲(chǔ)熱的模式、儲(chǔ)熱介 質(zhì)種類、容量大小和在系統(tǒng)中的布置使用方式等問(wèn)題， 并最終做出示 范裝

5、置中儲(chǔ)熱單元的工程設(shè)計(jì)并完成加工制造。.斯特林機(jī)與帶儲(chǔ)熱的海水淡化裝置的系統(tǒng)集成和自動(dòng)控制電水聯(lián)產(chǎn)設(shè)備通過(guò)能量的收集、傳輸、儲(chǔ)存、利用實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱發(fā)電以及海水淡化功能。這就需要我們整合能量流程的每一個(gè)環(huán)節(jié)， 將每個(gè)環(huán)節(jié)熱能循環(huán)復(fù)用，提高能源利用率。通過(guò)試驗(yàn)分析出影響產(chǎn) 能的各個(gè)因素和關(guān)聯(lián)性，確定調(diào)控方針，研發(fā)一套實(shí)現(xiàn)水電產(chǎn)量可控 的整體控制系統(tǒng)。.建立百噸級(jí)分布式光熱太陽(yáng)能電水聯(lián)產(chǎn)示范工程在完成上述各項(xiàng)分析研究、工程設(shè)計(jì)計(jì)算和樣機(jī)制造后，本研究 課題最終將落實(shí)到建立一套多能耦合集成的百噸級(jí)電水聯(lián)產(chǎn)示范工 程。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn).建立三維聚焦碟架的中高溫?zé)崮懿杉椒把b置.研發(fā)在單一碟架上實(shí)現(xiàn)中高溫供

6、熱、發(fā)電兩種不同品味的熱量采 集和傳輸技術(shù).研究通過(guò)反射鏡組聚焦調(diào)節(jié)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)集熱傳輸分配、復(fù)合 儲(chǔ)能利用等方面實(shí)現(xiàn)對(duì)造水量和發(fā)電量的可控調(diào)節(jié)方案指標(biāo)參數(shù)3 / 5創(chuàng)新思路創(chuàng)新思路：（傳統(tǒng)能源為基礎(chǔ)）柴油機(jī)與膜法海水淡化一（節(jié)能為 亮點(diǎn)）柴油機(jī)廢熱利用與熱法海水淡化一（可再生能源為補(bǔ)充）熱法 海水淡化與光熱太陽(yáng)能水電聯(lián)產(chǎn)一集成技術(shù)，熱力復(fù)用、節(jié)能減排、 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以往三維太陽(yáng)能聚光碟架只用于單一的發(fā)電，一般所說(shuō)“斯特林 發(fā)動(dòng)機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)”指利用斯特林機(jī)的冷端放熱做低溫供熱，溫度在 60 C70c左右。這個(gè)溫度遠(yuǎn)不能滿足多效海水淡化對(duì)熱源品質(zhì)的要 求。本項(xiàng)目針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島、荒漠等對(duì)電 -水有

7、明確需求的應(yīng)用 場(chǎng)合提出采用三維聚光碟架在發(fā)電的同時(shí)生產(chǎn)中高溫?zé)崃孔鳛楹Ｋ?或苦咸水淡化設(shè)備的驅(qū)動(dòng)熱源是一個(gè)全新的構(gòu)想和設(shè)計(jì)。用于斯特林機(jī)發(fā)電的熱量品質(zhì)很高，必須用極大的加熱熱流密度 才能達(dá)到。而獲得中高溫蒸汽所需要的加熱強(qiáng)度沒(méi)有那么大。采用一個(gè)碟架達(dá)到兩種不同品質(zhì)熱量的分別輸出是又一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路。要在不同加熱條件下協(xié)調(diào)兩者發(fā)（反）射鏡面的能量-光路分配和差異 化的運(yùn)行參數(shù)，使之滿足不同的熱參數(shù)需求，就必須做深入細(xì)致的分 析、計(jì)算和模擬等。技術(shù)路線本研究課題在太陽(yáng)能聚光集熱發(fā)電、斯特林機(jī)、傳熱和多效海水 淡化等主要涉及學(xué)科的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)基本方案的分析論證、 聚光成像模擬、以及載荷、

8、流動(dòng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和傳熱模擬等方法， 確定復(fù)合型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)集熱裝置和相應(yīng)的電能-熱能雙輸出碟架反 射鏡組、復(fù)合儲(chǔ)能設(shè)備的全部結(jié)構(gòu)參數(shù)以及熱參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，完 成各個(gè)主要零部件的工程設(shè)計(jì)和加工制造，包括配套的調(diào)節(jié)、控制系 統(tǒng)。在部件組裝調(diào)試完成后，對(duì)碟架-斯特林機(jī)-雙輸出部件系統(tǒng)進(jìn)行 測(cè)試，以便充分掌握不同條件下設(shè)備的光-熱性能，實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電的 同時(shí)滿足多效海水淡化裝置對(duì)熱源品質(zhì)和數(shù)量的要求并實(shí)現(xiàn)水電產(chǎn) 量可調(diào)，完成設(shè)備整合。研究基礎(chǔ)申請(qǐng)者及項(xiàng)目組成員長(zhǎng)期從事光熱海水淡化、發(fā)電、熱電聯(lián)供等方面的研究及成果轉(zhuǎn)化工作，課題組已進(jìn)行的相關(guān)項(xiàng)目（海南省科技 支撐項(xiàng)目“光熱蒸儲(chǔ)海水淡化技術(shù)及裝備研發(fā)平