本發(fā)明涉及使用聚光太陽能產(chǎn)生熱能的裝置和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及熱交換器和太陽能接收器組合形式的裝置，以提供更高效的聚光太陽能技術(shù)并降低平準(zhǔn)化能源成本。

背景技術(shù)：

1、水和能源密不可分，因為淡化、處理、泵送、運輸、冷卻、加熱和循環(huán)利用水都需要大量能源。水與能源的關(guān)系是2016年17個聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的兩個重點-“經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源”和“清潔水與衛(wèi)生設(shè)施”。

2、以海灣地區(qū)為特例，海灣合作委員會(gcc)國家是世界上人均二氧化碳排放量最高的國家之一。這是由于gcc嚴(yán)重依賴化石燃料，以及城市化進(jìn)程加快，人口增長迅速，并且水資源有限(80-90％的淡水僅通過海水淡化產(chǎn)生)。這些國家的空氣冷卻和水需求占其電力消耗的60-70％。因此，找到解決水與能源關(guān)系的辦法對于社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

3、依靠不可再生能源維持這種能源密集型文明是不可持續(xù)的。由于轉(zhuǎn)向可再生能源對該地區(qū)長期可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，公共機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)已在太陽能方面投入巨資。

4、聚光太陽能是一種很有前景的能源捕獲技術(shù)，它利用光學(xué)設(shè)備將太陽能集中到表面，然后通過熱電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電。太陽能是地球上最豐富的免費能源，捕獲這種能源符合我們的利益。每年有8.85億twh的太陽能到達(dá)地球表面，然而，只有不到0.002％的一次能源被人類消耗。

5、國際能源機(jī)構(gòu)表示，到2050年，聚光太陽能發(fā)電可滿足全球約11.3％的電力需求。然而，美國能源部發(fā)布的目標(biāo)是到2030年，聚光太陽能發(fā)電循環(huán)效率要超過50％，以將平準(zhǔn)化能源成本降低到5便士/千瓦時。

6、直接太陽輻射是聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)注的重點，太陽光線呈直線照射，不會散射或反射。直接法向輻照度用于識別表面(例如聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的鏡子)接收的太陽能量。直接法向輻照度的單位為kwh/m2，表面與太陽直接輻射垂直。

7、確定聚光太陽能發(fā)電廠的正確位置的主要方面之一是查出該地區(qū)的直接法向輻照度值，因為這將影響發(fā)電潛力。直接法向輻照度值受天氣條件影響，因為需要晴朗的天空和無塵的反射鏡才能有效捕獲和集中太陽輻射。

8、集成了熱能儲存材料的聚光太陽能發(fā)電技術(shù)被視為是解決當(dāng)前太陽能不連續(xù)性問題的出路。熱能儲存材料具有儲存熱量的能力，因此能夠在沒有陽光、夜間或惡劣天氣條件下發(fā)電。

9、目前用于儲存能量的熱能儲存材料是二元熔融鹽混合物，由60wt％nano3和40wt％kno3(日曬鹽)組成，目前可以儲存能量長達(dá)15小時。不過，熔融鹽也存在一個重大問題，那就是使用熔融鹽會導(dǎo)致較高的平準(zhǔn)化能源成本。

10、由于多種原因，使用熔融鹽作為熱能儲存材料會帶來高昂的維護(hù)和運行成本，原因如下：1)腐蝕性強(qiáng)，因此需要昂貴的容器材料；2)熔融鹽必須保持在大約200℃的溫度下加熱，以防止凍結(jié)，從而在管道中凝固；3)高粘度對泵的性能有負(fù)面影響，從而增加能源平準(zhǔn)化成本。熔融鹽也是昂貴的材料，其出口接收器溫度低于600℃，這限制了動力循環(huán)的熱電效率。

11、為了克服目前聚光太陽能發(fā)電技術(shù)的局限性，有必要選擇可替代的熱能儲存材料以及新的接收器設(shè)計，以提高這些工廠的能源平準(zhǔn)化成本和盈利能力。除熔融鹽外，迄今為止還研究和開發(fā)了一系列熱能儲存材料，包括顯熱和顯熱/惰性能量儲存材料，如油基流體、固體顆粒和相變材料等。

12、目前，聚光太陽能發(fā)電廠采用傳統(tǒng)的接收器技術(shù)，該技術(shù)使用氣體或液體連續(xù)相熱能存儲或流經(jīng)管道的傳熱流體。然而，傳統(tǒng)的熱能存儲材料的溫度限制、腐蝕性和昂貴的維護(hù)成本導(dǎo)致能源平準(zhǔn)化成本過高。

13、現(xiàn)有技術(shù)公開了許多利用流化床的太陽能發(fā)電廠。例如cn209326118u、us2014/311479和us4338919。盡管在每種情況下，組件都具有用于流化、太陽能加熱和儲存的單獨的不同單元。因此，組件復(fù)雜且昂貴。

14、wo2014/038553公開了一種組合式流化床太陽能接收器，但是沒有提供固體顆粒通過該組件的連續(xù)運動。

15、本發(fā)明提供了一種組合式緊湊單元，該裝置提供了組合式雙太陽能接收器和熱交換器，以使固體顆粒連續(xù)運動通過太陽能接收器。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)第一方面，提供了一種產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括流化床，該流化床包括太陽能接收器和使固體顆粒圍繞所述太陽能接收器循環(huán)的裝置。

2、優(yōu)選地，該裝置具有一體式結(jié)構(gòu)，并提供組合式太陽能接收器和氣體或固體顆粒輸送組件。

3、一種產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括一體式結(jié)構(gòu)，該一體式結(jié)構(gòu)包括流化床、太陽能接收器以及用于連續(xù)輸送固體顆粒通過所述太陽能收集單元的裝置。

4、裝置優(yōu)選是連續(xù)地輸送固體顆粒并使固體顆粒再循環(huán)通過太陽能接收器的裝置。

5、優(yōu)選地，流化床由沿床高度的中空擋板構(gòu)成。

6、優(yōu)選地，所述固體顆粒具有儲熱特性。更優(yōu)選地，所述固體顆粒為沙漠沙。

7、優(yōu)選地，流化床還包括熱交換器。優(yōu)選地或另外地，太陽能接收器包括熱交換器。

8、優(yōu)選地，熱交換器的擋板容納在罩殼單元內(nèi)，該罩殼單元在流化床內(nèi)形成第二熱交換器。

9、優(yōu)選地，擋板罩殼包括延伸至每個中心的孔的側(cè)壁，以在單元的兩側(cè)提供入口或出口，從而允許微粒顆粒或納米顆粒能夠通過熱交換器擋板。

10、優(yōu)選地，在單元的底座開孔，以提供進(jìn)入熱交換器的冷氣入口。

11、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個儲罐，用于儲存經(jīng)過擋板罩殼單元后被加熱或冷卻的固體顆粒。

12、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個儲罐，用于儲存經(jīng)過擋板封罩殼單元后被加熱或冷卻的具有熱性能的流體。

13、優(yōu)選地，熱交換器由兩個擋板部分形成，所述兩個擋板部分在其底座連接在一起。

14、優(yōu)選地，裝置包括具有中空擋板裝置的流化床，以形成將熱能存儲材料朝向兩個太陽能接收器分隔開的通道，以使固體熱能存儲材料連續(xù)循環(huán)。

15、優(yōu)選地，每個擋板部分在其遠(yuǎn)端都具有向外延伸至相應(yīng)太陽能接收器的圓形中空擋板部分。

16、優(yōu)選地，在太陽能接收器或每個太陽能接收器的頂面設(shè)置熱氣出口。

17、優(yōu)選地，裝置還包括至少一個定日鏡，其位于該太陽能接收器或每個太陽能接收器的外壁附近或?qū)γ妗?/p>

18、優(yōu)選地，橢圓鏡或菲涅耳透鏡(fresnel?lens)位于太陽能接收器上方，以將熱量向下反射到接收器。

技術(shù)特征：

1.一種產(chǎn)生熱能的裝置，所述裝置包括緊湊的一體式結(jié)構(gòu)，所述一體式結(jié)構(gòu)包括流化床、太陽能接收器以及用于在所述太陽能接收器周圍不斷循環(huán)固體顆粒的裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中固體顆粒是沙漠沙。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中流化床還包括熱交換器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中太陽能接收器與熱交換器形成一體式結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中熱交換器包括中空擋板的陣列。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中熱交換器的擋板容納在罩殼單元內(nèi)，所述罩殼單元在流化床內(nèi)形成第二熱交換器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中擋板罩殼包括延伸至每個中心的孔的側(cè)壁，以在單元的兩側(cè)提供入口或出口，從而允許微粒顆?；蚣{米顆粒能夠通過熱交換器的擋板。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中在單元的底座開孔，以提供進(jìn)入熱交換器的冷氣入口。

9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的裝置，其中裝置還包括至少一個儲罐，用于儲存經(jīng)過擋板罩殼單元后被加熱或冷卻的固體顆粒。

10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項所述的裝置，其中熱交換器由兩個擋板部分形成，所述兩個擋板部分在其底座連接在一起。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中每個擋板部分在其遠(yuǎn)端都具有向外延伸至相應(yīng)太陽能接收器的圓形中空擋板部分。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中在太陽能接收器或每個太陽能接收器的頂面設(shè)置熱氣出口。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中裝置還包括至少一個定日鏡，所述至少一個定日鏡位于太陽能接收器或每個太陽能接收器的外壁附近或?qū)γ妗?/p>

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中橢圓鏡或菲涅耳透鏡位于太陽能接收器上方，以將熱量向下反射到接收器。

技術(shù)總結(jié)
使用聚光太陽能產(chǎn)生熱能的裝置，該裝置包括流化床，該流化床包括雙熱交換器和太陽能接收器、以及使固體顆粒圍繞流化床循環(huán)的裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：M·哈姆丹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：M·哈姆丹
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21