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关键器件A:热电联产槽式聚光器(光液之八)

2019-01-21 08:33
lightyear
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摘要:(1)太阳能的能量密度小,阴天夜晚无法使用等弱点,造成了利用太阳能的成本过高、需要储能等问题。热电联产槽式聚光器可以针对性地解决这个问题。

(2)人类正经历一场能源革命。能源革命有两个特征:一是获取方式多样化,可持续化,如太阳能和核能利用。二是能源的存储和转换高效化,经济化。太阳能光伏发电在用户侧平价,即是能源革命的风口。这个风口已经到来。

背景说明

在光液的生产环节,热电联产槽式聚光器可以产生最高600~900℃的热源,使得沼气甲烷、木炭煤炭和水转换为一氧化碳、氢气。并产出二甲醚。在光液的使用环节、热电联产槽式聚光器重整二甲醚水蒸气、二甲醚沼气得到一氧化碳、氢气。直接燃烧供热。或与lightyear混动车结合发电。或二甲醚做为lightyear混动车车载燃料。

光液的生产、使用环节中,太阳能更高效地转换为服务人们生活生产的热源动力源。并通过储热、化学储能解决了太阳能间断性问题。

1、热电联产槽式聚光器

光液之八--关键器件A:热电联产槽式聚光器

 

图 1 热电联产槽式聚光器件三视图

光液之八--关键器件A:热电联产槽式聚光器

图 2 热电联产槽式聚光器件爆炸视图

根据相关的理论文献槽式聚光的光热转换效率通常40~65%之间。光伏的效率在15~22%。如果是将光伏发电和光热利用起来,其太阳能的利用效率会更好。

如图1、2的聚光器是根据相关理论计算设计,一个聚光面积为2平米的热电联产聚光器件。该器件能够低成本地解决能源问题。如何低成本呢?现在太阳能硅晶发电成本已经在上网侧平价,预计三年内在用户侧平价。本文设计的这个聚光器件所产生电能度电成本也会达到用户侧平价。

而规模太阳能光热发电度电成本目前在1.5~3元。用来直接发电不具备优势。用来热储能、化学储能是太阳能光热利用的优势。如何发挥这样的优势?

光液技术是发挥光热储能优势关键,槽式聚光目前最高温度可达400℃。而光热能达到最高温度跟聚光比、吸热器相关。本文设计的聚光器件最高聚光比达到300~500。最高温度可达600℃.此外这个器件上有一个电感应加热器。可以用来加热木炭至上千摄氏度。在这样的热源下。沼气、甲烷、沼渣炭、煤炭、水蒸气等可以变为一氧化碳、氢气。作为生产光液的原料。

白天利用炭储热,夜晚利用存储的热能作为发电的热源。

这一个过程是一个复杂的系统,本文无法全部介绍清楚。下面通过一些基本应用的介绍进而说明热电联产聚光器件的性能

2、热电联产聚光器件的应用

热电联产聚光器件是集合了太阳能光伏、光热的各自优点的一种太阳能利用器件。整个器件的建造成本比塔式定日镜镜场建造成本要低。太阳能利用效率更高。

在早晨、傍晚和阴雨天。抛物线的聚光镜将光线聚集到单晶硅太阳能电池板,只使用光伏发电。而在光照条件足够好的情况下,吸热器才工作和吸热工质才开始循环。热电产出的比例是可以灵活调整。

2.1、甲烷低温制氢

根据相关的研究和试验数据,甲烷和水蒸气在600℃和质子交换膜的环境下可以得到氢气、二氧化碳。(相关参考文献本文略、本文为科普文章。具体论证见作者写的正式论文)。热电联产聚光器件的光伏电能直接输送到电网。夜晚使用热储能发电。

2.2、电煤高效清洁利用

电煤在中国的发电比例高达60~70%,使用热电联产聚光器件得到900℃热储能碳,通入600℃水蒸气,得到高温的氢气、一氧化碳。然后经过热交换,降低温度后进入汽轮机燃烧。电煤的发电效率极限是40%多,而使用热电联产聚光器件将煤气化后清洁燃烧,其发电效率会达到甲烷发电效率60~70%,这个过程中太阳能的净发电效率理论值高达35%。如果这样的技术能够实现。煤炭的消耗量将大幅降低。

2.3、沼气二甲醚重整

根据相关研究表明在最高温度600℃,二甲醚可以与二氧化碳重整得到一氧化碳、氢气。沼气主要成分是甲烷、二氧化碳。1kg沼气和0.735kg二甲醚利用热电联产聚光器件热源得到一氧化碳、氢气。直接供给lightyear混动车发电。此外热电联产聚光器件光伏所发电量是直接上网的。

2.4、甲烷、煤炭生产二甲醚、二甲醚和水蒸气重整

在甲烷、电煤使用了热电联产聚光器件重整、气化然后发电的同时,发电厂也生产二甲醚,原来的低温水蒸气轮机的工作介质更换为二甲醚即可。这样的发电厂,可以不产生二氧化碳。电能的来源是太阳能。此情况是太阳能储能效率最高的。有可能成为主要的光热发电站的主要形式。

在消费端,使用热电联产聚光器件使得二甲醚、水蒸气重整。得到一氧化碳、氢气直接燃烧作为热源。

3、结论

就目前而言,热电联产槽式聚光器件仍不具备经济价值,但当产业规模利用及生产成本的大幅减低,光伏发电成本的降低这个器件将能实现能源革新的目标。可以预计在三五年后,lightyear混动车、热电联产聚光器件及LY太阳能利用系统将会逐步由设想变成现实。

为了使得这些技术更好地实现,作者放弃专利申请并公布所有设计细节。任何个人及企业均不能申请专利。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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