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鐳射:能不能把傳統(tǒng)的光熱發(fā)電方式換一換?
關(guān)鍵字: 超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)太陽能光熱熱發(fā)電系統(tǒng)燃?xì)鈾C(jī)2005年10月,由中材南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院春輝公司與以色列魏茲曼研究院合作,由中國工程院院士、南京市科協(xié)主席、東大—中天聯(lián)合研究中心主任張耀明主持研制的70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程,在南京市江寧開發(fā)區(qū)建成并成功發(fā)電。這也是我國首座塔式太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)由1個(gè)塔柱和32面定日鏡組成,占地面積約兩個(gè)籃球場大小,反射的太陽光匯聚到塔柱頂端的太陽能轉(zhuǎn)化裝置,實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
南京江寧70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程。它也是我國首座塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
與后來建成的北京延慶八達(dá)嶺塔式太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站不同的是,南京江寧70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程采用的熱機(jī)不是蒸汽輪機(jī),而是燃?xì)廨啓C(jī)。具體地說,是由以方提供的經(jīng)過“太陽能化”改造的美國霍尼韋爾Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)。
Parallon 75是霍尼韋爾公司于90年代研制的微型燃?xì)廨啓C(jī),以天然氣為燃料,最大輸出功率75千瓦,主要用于分布式發(fā)電。應(yīng)用于南京江寧70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)過了“太陽能化”改造,在壓氣機(jī)和燃燒室之間增加了一個(gè)光熱集熱器
經(jīng)過“太陽能化”改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)與原型機(jī)不同的是,它在壓氣機(jī)和燃燒室之間,加上了一個(gè)太陽能集熱器。空氣被吸入燃?xì)廨啓C(jī)后,先經(jīng)壓氣機(jī)壓縮,再經(jīng)由集熱器加熱,經(jīng)過這兩道工序后,高溫(1000℃)并帶有一定壓力的空氣再進(jìn)入燃燒室,混合天然氣燃燒,產(chǎn)生燃?xì)怛?qū)動渦輪。
實(shí)踐證明,這種做法有效降低了燃?xì)廨啓C(jī)的燃料消耗。實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果表明,與未經(jīng)改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)相比,經(jīng)過“太陽能化”改造的Parallon 75型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料消耗率僅為前者的一半左右。經(jīng)過兩年的調(diào)試、完善,和連續(xù)發(fā)電運(yùn)行測試表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操控方便、安全可靠。
南京江寧70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)示范工程的成功,可算是燃?xì)廨啓C(jī)利用太陽能光熱發(fā)電的成功實(shí)踐。但它所用的燃?xì)廨啓C(jī)仍然需要燃料,還不算是完全的太陽能光熱發(fā)電。那么,有沒有什么完全利用太陽熱能驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)的辦法呢?也有。這就是超臨界二氧化碳(SCO2)布雷頓循環(huán)。
二氧化碳有一個(gè)很獨(dú)特的物理性質(zhì):當(dāng)溫度達(dá)到30.98℃,壓力達(dá)到7.38MPa時(shí),其物理狀態(tài)介于液體和氣體之間,密度接近于液體,粘度接近于氣體,擴(kuò)散系數(shù)約為液體的100倍。這種狀態(tài),稱為“超臨界”狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)下的二氧化碳,密度比氣體大,粘性比液體小,具有流動性強(qiáng)、傳熱效率高、可壓縮性小等特點(diǎn)。
二氧化碳的臨界條件容易達(dá)到,化學(xué)性質(zhì)不活潑,無色無味無毒,安全,價(jià)格便宜,純度高,易獲得。這些特性,使得它很適合用于作為熱力循環(huán)工質(zhì)。
所謂超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán),就是用超臨界狀態(tài)的二氧化碳作為工質(zhì)的渦輪發(fā)動機(jī)熱循環(huán)。但和一般的燃?xì)廨啓C(jī)不同的是,這種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室不燃燒燃料,而是用于外部熱源對二氧化碳進(jìn)行加熱。超臨界狀態(tài)的二氧化碳在經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮后,進(jìn)入燃燒室由外部熱源加熱,加熱后的高溫超臨界二氧化碳驅(qū)動渦輪,由渦輪驅(qū)動壓氣機(jī)和對外輸出功率,作功之后的二氧化碳再回到壓氣機(jī)再被壓縮,如此循環(huán)往復(fù)。
不難看出,這在本質(zhì)上,就是一個(gè)和斯特林發(fā)動機(jī)一樣的外燃式閉循環(huán)熱機(jī)。如果用太陽能光熱系統(tǒng)作為這個(gè)系統(tǒng)的外部熱源,就是一個(gè)不需要“燒開水”,也不需要消耗燃料的純太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)。
超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)原理圖
超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的相關(guān)研究,國際上早在20世紀(jì)六七十年代就開始了。由于其功率密度高,對輪盤和葉片的性能要求很高,當(dāng)時(shí)的加工工藝難以滿足。直到90年代以后,隨著高精度數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用,相關(guān)制造工藝得以突破,相關(guān)的研制工作才開始進(jìn)行。
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- 最后更新: 2019-02-20 08:51:09
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