太陽(yáng)能煙囪電廠太陽(yáng)能煙囪電廠課件

第六章太陽(yáng)熱能6-1 低溫太陽(yáng)熱能6-2 中溫太陽(yáng)熱能6-3 高溫太陽(yáng)熱能6-4 太陽(yáng)能煙囪電廠12太陽(yáng)熱能利用各種集熱器(collector)收集太陽(yáng)的熱能，以用於加熱或發(fā)電。依據(jù)集熱的溫度，太陽(yáng)熱能可分成低溫、中溫及高溫太陽(yáng)熱能三類(lèi)。低溫集熱器是平板，可用來(lái)加熱室內(nèi)或游泳池；中溫集熱器也通常是平板，但用於加熱水或空氣以作為住宅及商業(yè)用途；高溫集熱器則使用反射鏡或透鏡以集中太陽(yáng)光並產(chǎn)生高溫，通常用於產(chǎn)生電力。另一種方式則是利用太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)風(fēng)能，並結(jié)合煙囪設(shè)計(jì)以產(chǎn)生電能，稱(chēng)為太陽(yáng)能煙囪電廠。被動(dòng)式太陽(yáng)屋有三個(gè)基本組成：即絕熱、收集及儲(chǔ)存。面南的玻璃後加裝一塗黑的水泥牆，當(dāng)白天太陽(yáng)照射時(shí)，牆與窗戶間的空氣將受熱而較室內(nèi)溫暖，進(jìn)而形成自然對(duì)流以溫暖屋內(nèi)。而當(dāng)晚上時(shí)則可關(guān)閉牆上的通風(fēng)口以避免逆流而降低室內(nèi)溫度。3被動(dòng)式太陽(yáng)屋4特朗布壁面南的玻璃後加裝一塗黑的水泥牆，當(dāng)白天太陽(yáng)照射時(shí)，牆與窗戶間的空氣將受熱而較室內(nèi)溫暖，進(jìn)而形成自然對(duì)流以溫暖屋內(nèi)，晚上時(shí)則可關(guān)閉牆上的通風(fēng)口以避免逆流而降低室內(nèi)溫度。直接取得太陽(yáng)屋5冬天時(shí)面南的玻璃形成太陽(yáng)光收集器，而可移動(dòng)的絕熱牆在晚上蓋住玻璃以減少熱散失。巨大的水泥地板可儲(chǔ)存熱量並避免過(guò)熱，而屋頂?shù)耐怀鑫?overhang)則可阻擋夏天過(guò)度的陽(yáng)光。平板收集系統(tǒng)平板收集系統(tǒng)根據(jù)流體流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，其可分成:主動(dòng)式系統(tǒng)：主動(dòng)式收集系統(tǒng)又稱(chēng)為強(qiáng)制循環(huán)式，系指流體流動(dòng)的來(lái)源由泵運(yùn)送。被動(dòng)式系統(tǒng)：藉流體本身受熱而形成的自然對(duì)流方式運(yùn)送流體則為被動(dòng)式收集系6平板收集系統(tǒng)7主動(dòng)式收集系統(tǒng)主動(dòng)式收集系統(tǒng)常用於大型之熱水系統(tǒng)和特殊面積地形，通常將儲(chǔ)熱筒設(shè)在室內(nèi)或地面，用泵強(qiáng)迫冷熱水循環(huán)。8平板收集系統(tǒng)9真空管收集系統(tǒng)真空管集熱器有內(nèi)外雙層玻璃管套，中間為真空層，抽成一定的真空度，以抑制空氣的對(duì)流和傳導(dǎo)熱損。外層玻璃為全透明，內(nèi)層設(shè)有吸熱體，吸熱體內(nèi)為受熱流體的流動(dòng)，當(dāng)中熱水向上流且冷水向下流以進(jìn)行循環(huán)。吸熱體表面鍍有選擇性吸收膜，是一種高吸熱金屬成份的表面薄膜，對(duì)入射的太陽(yáng)光有高於90%的吸收率吸收膜表面吸熱後溫度可達(dá)80-150°C，所以有將冷水加熱的功能，並且有小於10%的散熱率，因此大大降低散熱的損失。真空管集熱器比平板型集熱器有較佳的熱性能，在高溫或低溫環(huán)境下均有較高的集熱效率。1011真空管收集系統(tǒng)真空管收集系統(tǒng)12太陽(yáng)熱能乾燥13太陽(yáng)熱能可用於乾燥木材、農(nóng)產(chǎn)品、漁獲及生質(zhì)燃料等。以太陽(yáng)熱能進(jìn)行乾燥，在提高產(chǎn)品品質(zhì)同時(shí)，可降低成本，也具備環(huán)境友善性。例如木屑(sawdust)，經(jīng)太陽(yáng)熱能進(jìn)行乾燥後可提高熱值，將有利於燃燒。太陽(yáng)熱能乾燥14分成主動(dòng)式及被動(dòng)式乾燥系統(tǒng)，可進(jìn)一步分成「整合型式(integraltype)」、「分散型式(distributedtype)」及「混合型式(mixedtype)」系統(tǒng)三類(lèi)。主動(dòng)式乾燥系統(tǒng)係指工作流體的流動(dòng)由風(fēng)扇運(yùn)送；藉工作流體本身受熱而形成的自然對(duì)流方式運(yùn)送則為被動(dòng)式乾燥系統(tǒng)。整合型式又稱(chēng)為直接(direct)型式，利用太陽(yáng)光直接加熱工作流體及被乾燥物質(zhì)。分散型式又稱(chēng)為間接(indirect)型式，利用太陽(yáng)光加熱工作流體，再以工作流體乾燥物質(zhì)?；旌闲褪絼t結(jié)合上述直接及間接乾燥方式。15太陽(yáng)熱能烹飪16太陽(yáng)能炊具(solarcooker)可用於食物及飲用水的殺菌。重要元件包含一烹調(diào)容器及反射鏡(reflector)。反射鏡的幾何形狀通常為拋物面，材質(zhì)為金屬或金屬薄膜，而烹調(diào)容器則置於拋物面的焦點(diǎn)上。當(dāng)太陽(yáng)光照射至反射鏡面上，由於聚光效果，將光線及熱量集中在烹調(diào)容器上以增加其加熱功率。太陽(yáng)能炊具的設(shè)備成本低，價(jià)格便宜，以太陽(yáng)能炊具烹飪食物無(wú)須使用燃料。太陽(yáng)熱能烹飪17太陽(yáng)熱能蒸餾18包含一水槽置放污水，水槽上覆蓋一傾斜的玻璃蓋以接受太陽(yáng)光照，玻璃以下空間類(lèi)似一溫室可累積太陽(yáng)光熱量。污水受熱將蒸發(fā)並凝結(jié)於玻璃蓋下，傾斜的玻璃蓋將凝結(jié)水導(dǎo)至集水渠中，進(jìn)而收集淨(jìng)水。高溫太陽(yáng)熱能19大型的高溫太陽(yáng)熱能通常為集光式太陽(yáng)能發(fā)電(concentratingsolarpower,CSP)，藉由集中太陽(yáng)光將流體(通常為鹽水)加至高溫，以成為發(fā)電或能源儲(chǔ)存的能量來(lái)源。目前利用高溫太陽(yáng)熱能有幾種方法，代表型式有太陽(yáng)電力塔、拋物線槽、集中線性菲涅爾聚光反射鏡及碟式史特靈四種。太陽(yáng)電力塔(SolarPowerTower)20早期電力塔系統(tǒng)的重要組成，包含有數(shù)百至數(shù)千個(gè)向日鏡(heliostat)所組成的向日鏡場(chǎng)、反射光接收塔及蒸汽產(chǎn)生器、渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)、能源儲(chǔ)存設(shè)備及冷卻設(shè)備等。向日鏡具有追日功能，通常為雙軸追日系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將接收的太陽(yáng)光反射至接收塔，接收塔可位於向日鏡場(chǎng)的中央或一側(cè)。反射光接收塔接收太陽(yáng)光後，其所產(chǎn)生的高溫環(huán)境(可高達(dá))可將聚焦的光加熱水，利用所產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。21架設(shè)於加州巴斯托(Barstow)之10MWe太陽(yáng)能電廠22太陽(yáng)電力塔

太陽(yáng)電力塔

23近期太陽(yáng)電力塔使用熔融鹽

(moltensalt)取代水作為系統(tǒng)的工作流體，因此電力塔的主要組成有向日鏡場(chǎng)、反射光接收塔、熔融鹽儲(chǔ)槽、熱交換器、蒸汽渦輪機(jī)及發(fā)電機(jī)與冷卻塔等目前最常見(jiàn)的熔融鹽為40%硝酸鉀(potassiumnitrate)加上60%硝酸鈉(sodiumnitrate)的混合物。熔融鹽溫度大約控制於290-300°C之間以保持在液態(tài)，在接收塔受熱後溫度將提升至550-565°C之間，而後儲(chǔ)存於高溫熔融鹽儲(chǔ)槽中，儲(chǔ)存太陽(yáng)熱能以供進(jìn)一步使用，或送至熱交換器中將水蒸發(fā)成蒸汽以推動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電，蒸汽經(jīng)冷卻成水後則可循環(huán)使用。太陽(yáng)電力塔

2425PS10(上方)及PS20(下方)太陽(yáng)電力塔外觀拋物線槽(ParabolicTrough)26包含許多排成一列一列用以聚焦陽(yáng)光的反射鏡及位於反射鏡焦點(diǎn)的集熱管。拋物線槽單一反射鏡約5~6m，整個(gè)反射鏡陣列可長(zhǎng)達(dá)100m。拋物線槽通常排列於南北向，反射鏡採(cǎi)單軸東西方向追日。反射鏡的焦點(diǎn)架設(shè)有集熱管，聚光比約介於30~80之間，用以吸收太陽(yáng)光的熱能。集熱管由不鏽鋼製成，表面塗有特殊塗料，可有效聚集陽(yáng)光熱能，集熱管外包覆一層玻璃真空層，以防止熱能散失。集熱管內(nèi)的工作流體為合成油。熱油流至熱交換器，將水加熱成過(guò)熱蒸汽以推動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電。拋物線槽27拋物線槽的追日方式28集熱管結(jié)構(gòu)29內(nèi)華達(dá)太陽(yáng)能一號(hào)30西班牙安達(dá)索爾太陽(yáng)熱能電廠31集中線性菲斯涅爾反射器(ConcentratedLinearFresnelReflector)32集中線性菲斯涅爾反射器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似拋物線槽集熱系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。集中線性菲斯涅爾反射器只是使用長(zhǎng)方形平面或輕微彎曲的鏡子，鏡子經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，可以有效聚集陽(yáng)光。集中線性菲斯涅爾反射器的集熱管或接收器架於塔上，以接收太陽(yáng)光的熱能。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，建置成本較低，接收器可以直接產(chǎn)生蒸汽，所以不用使用熱交換器，也不需要接收管與合成油的成本；缺點(diǎn)是效率較拋物線槽差，也無(wú)法與儲(chǔ)能系統(tǒng)整合。集中線性菲斯涅爾反射器33菲斯涅爾太陽(yáng)能電廠PE1之外觀34Kimberlina太陽(yáng)能熱電廠35碟式史特林(DishStirling)36一碟式史特林系統(tǒng)由一個(gè)太陽(yáng)能聚光單元和一個(gè)電能轉(zhuǎn)換單元所組成，電能轉(zhuǎn)換單元通常為史特林引擎(Stirlingengine)，故稱(chēng)為碟式史特林。碟式史特林的聚光方式類(lèi)似拋物線槽式收集器，差別在於碟式史特林使用碟型反射鏡做為集光裝置，並使用雙軸追日，以三維的方式將太陽(yáng)光聚焦在一點(diǎn)。碟型反射器上焦點(diǎn)的溫度可達(dá)700°C，焦點(diǎn)上的接收器有一個(gè)獨(dú)立的引擎，例如史特林引擎或微型渦輪機(jī)，因此熱能可直接驅(qū)動(dòng)引擎或渦輪機(jī)產(chǎn)生電力，不需要熱交換器與冷卻系統(tǒng)。碟式史特林37亞歷桑納州的碟式史特林發(fā)電系統(tǒng)3839四種集光式太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的接收器的種類(lèi)可分成「固定式(fixed)」及「移動(dòng)式(mobile)」兩種。固定式接收器意指太陽(yáng)能接收器為固定之裝置，因此保持了電廠聚焦裝置的獨(dú)立性，並簡(jiǎn)化了熱收集的運(yùn)輸移動(dòng)式接收器隨著聚焦裝置一起移動(dòng)，因此可收集更多的能量。至於聚焦方式可分成「線聚焦(linefocus)」及「點(diǎn)聚焦(pointfocus)」。線聚焦沿單軸追日，並將熱集中於線接收器，此設(shè)計(jì)使得追日程序較容易；點(diǎn)聚焦則以雙軸追日，並將太陽(yáng)熱能集中於一點(diǎn)，因此可得到較高溫度。40接收器的種類(lèi)聚焦方式線聚焦點(diǎn)聚焦固定式集中線性菲斯涅爾反射器太陽(yáng)電力塔移動(dòng)式拋物線槽碟式史特林太陽(yáng)能煙囪電廠41太陽(yáng)能煙囪電廠(SolarChimneyPowerPlant)是一種以太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)風(fēng)力，並結(jié)合煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的上升氣流推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)

以進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)。主要組成為太陽(yáng)能集熱器和一個(gè)高大的煙囪。集熱器有一個(gè)圓形的透明頂層和下方的地板，透明頂層可為玻璃或透光的高分子(塑膠)板。當(dāng)太陽(yáng)光透過(guò)透明頂層輻射至地板時(shí)，集熱器內(nèi)部猶如溫室可將空氣加熱。構(gòu)想上，集熱器的直徑介於500公尺及10公里之間。熱空氣在自然對(duì)流作用下將向上流動(dòng)，並通過(guò)煙囪流出，煙囪的高度則介於100公尺及1公里之間。熱空氣流動(dòng)時(shí)，流道上裝有渦輪發(fā)電機(jī)用以發(fā)電。42太陽(yáng)能煙囪電廠太陽(yáng)能煙囪電廠43單一的垂直軸渦輪機(jī)配置於