太陽能碟式斯特林系統的儲能方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能發電技術領域，尤其涉及一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]全球太陽能輻射總量約1.7 X 1017W，其中我國約占1% (1.8 X 115W,相當于1.9萬億噸標煤/年)，是我國目前年能耗總量的680倍。電力是世界上消耗量最大的二次能源，太陽能發電技術是緩解當前能源危機的有效手段，應用前景極廣。
[0003]太陽能發電技術主要分為光伏發電和光熱發電兩大類。光伏發電主要是利用光伏電池板的光電效應進行發電。該技術目前主要存在三大缺點:(I)發電功率隨太陽光強度變化而變化，在晚上和陰雨天完全不能發電，對電網沖擊大；(2)太陽光流密度低，單位發電容量所需的光伏電池板面積大，而光伏電池板制造過程污染嚴重、成本很高；(3)光伏電池板對太陽能光譜的響應波段主要集中在高頻短波區域(400〈 λ〈llOOnm)，低頻長波區域的能量則大部分轉化為熱量，致使光伏電池板溫度升高、光電轉換效率降低、使用壽命縮短。采用聚光光伏發電方法可以成倍減少光伏電池板的使用面積、采用薄膜分頻方法將太陽光中的低頻長波分離后再照射光伏電池板，是目前光伏發電技術的兩個重要方向；對于晝夜不連續的問題，光伏發電技術本身難以克服，主要依靠蓄電池或蓄能發電系統(如蓄能水電站等)配套補充，成本很高。
[0004]光熱發電技術是主要是利用拋物面反射鏡(或菲涅爾鏡)將太陽光聚集起來，通過光熱轉換及換熱裝置產生蒸汽或加熱流體驅動發動機(如汽輪機、斯特林機等)進行發電；其優點在于該技術可吸收全波段的太陽光、可通過蓄熱實現晝夜連續發電。太陽能熱發電主要有槽式熱發電、線性菲涅爾熱發電、塔式熱發電和碟式熱發電技術。太陽能熱發電常配備一定的儲熱系統，使得輸出電功率穩定可控。目前常見的蓄熱方法根據能量的儲存形式不同，可以分為以下幾類:顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學反應蓄熱三種。顯熱蓄熱是利用蓄熱材料自身溫度的上升或者下降來存儲或釋放熱量。這種蓄熱方式在幾種蓄熱方式中原理最簡單、技術最成熟，應用也是最廣泛的，但蓄熱量相對較低。潛熱蓄熱是利用蓄熱介質在凝固/熔化、凝結/氣化、凝華/升華以及其他形式的相變過程中吸收或放出相變潛熱的原理進行蓄熱。該方式具有蓄熱密度大，充、放熱過程溫度波動范圍小等優點，但相變材料一般不能兼做載熱介質，系統中需要設計獨立的熱交換器，且相變材料可能會對容器壁有腐蝕。化學反應蓄熱是指利用可逆化學反應的反應熱來儲存熱能，儲熱密度在這三種方式中最高。
[0005]碟式熱發電系統的特點是發電效率高，耗水量少，單機容量較小，一般在5?25kW之間，運用方式靈活(可單獨發電也可大規模集成)，適合建立分布式能源系統，特別是在農村或一些偏遠地區，具有更強的適應性。對于小容量(1-1OOkWe)發電而言，碟式-斯特林熱發電系統被認為是經濟性最好的，因而碟式熱發電系統受到越來越多研究者的關注。碟式-斯特林熱發電系統通常由一個或多個旋轉拋物面鏡組成，每個拋物面鏡配有單獨的斯特林機和發電機，既可單獨發電，也可組成大規模的碟式鏡場進行發電。該系統采用雙軸跟蹤方式，聚光比高，目前其峰值發電效率可達31.25%，為所有光熱發電方式中最高。
[0006]但是目前的碟式缺乏儲能，并沒有將太陽能熱發電的優勢充分發揮出來。當太陽有云遮擋時，碟式斯特林系統的輸入能量瞬間減少，從而引起斯特林發動機輸出功率減少，甚至停機，若是大規模電站將對電網造成不小的沖擊。而且當太陽下山時，該系統也不得不停止運行。
【發明內容】
[0007]本發明目的在于克服現有碟式系統功率輸出不穩定，影響上網電品質，而起太陽落山后，系統不得不停止運行的問題，提出一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法及其裝置，穩定系統運行工況，延遲運行時間。本發明具體如下:
[0008]在碟式斯特林系統的集熱器腔體內增設金屬氧化物，使其固定在腔體內部四周壁面上，經過碟式鏡聚焦的太陽光入射到斯特林發動機的集熱器腔體中，一部分太陽能用于加熱斯特林發動機的熱頭，為其做功提供所需能量；另一部分太陽能用于加熱金屬氧化物，提升其溫度，熱量以顯熱方式存儲在金屬氧化物中。當太陽能充足的時候(比如中午)，超過斯特林發動機額定需求，集熱器溫度繼續升高，達到金屬氧化物反應溫度時，金屬氧化物發生分解還原反應，吸收熱量，穩定了集熱器的溫度，在一定程度上保障了集熱器的安全。當太陽能輸入不足(有云遮擋)，低于斯特林發動機額定需求，集熱器中溫度降低，還原的金屬氧化物吸收集熱器腔體中的氧氣被氧化，釋放出原先存儲的能量，該部分能量和輸入的太陽能通過斯特林發動機熱頭傳遞給斯特林發動機內部工質，對外做功。金屬氧化物氧化釋放的能流彌補了太陽能的減少量，使得斯特林發動機的熱頭輸入能量保持穩定，因此斯特林發動機對外輸出功也保持一個較穩定的水平。當太陽能完全沒有，比如太陽落山后，金屬氧化物氧化釋放的熱量還能為斯特林發動機供給一定時間，延長系統有效工作時間。
[0009]為增加集熱器腔體內金屬氧化物向斯特林發動機熱頭的熱量傳輸能力，在金屬氧化物和斯特林發動機熱頭中間增設熱管，熱管的熱端與金屬氧化物接觸，熱管的冷端與斯特林發動機熱頭相結合，即斯特林發動機熱頭嵌在熱管冷端內部，斯特林發動機熱頭外管壁暴露在熱管冷端內部，斯特林發動機熱頭管內為斯特林發動機工質。當熱管工作時，熱管熱端中的液體工質被金屬氧化物氧化時釋放的熱量加熱汽化，吸收大量熱量，汽化的工質在熱端與冷端的不平衡汽壓作用下流向冷端，工質在冷端釋放熱量并液化，工質液體在重力或者毛細作用下流回熱管的熱端，反復循環。釋放的熱量被斯特林熱頭吸收，斯特林熱頭工作在一個穩定的環境中，因此熱頭設計和制造相比原先大大簡化，降低成本。熱管可以將金屬氧化物釋放的能量更有效的傳遞給斯特林發動機。
[0010]為增加聚光比，減小光孔熱損，在集熱器光孔處增加二次聚光器。所述的金屬氧化物包括鐵、錳、鈷、銅、鋇、銻的氧化物中的一種或者多種。為了控制金屬氧化物氧化反應放熱速率從外界環境向金屬氧化物中通入空氣或者氧氣，使得反應放出的熱量滿足斯特林發動機的需求。
[0011]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0012]1、增加金屬氧化物儲能后，可以減小太陽能波動的影響，使得斯特林發動機輸出功率穩定，提尚上網電的品質；
[0013]2、斯特林發動機的輸入能量穩定使得發動機的一直工作在額定工況附近，效率高，金屬氧化物的高密度儲能使得碟式斯特林系統在沒有太陽時能工作一段時間，延長了發電時間，提高了經濟效益；
[0014]3、增加熱管后，使得集熱器內的熱量能夠有效地傳遞給斯特林發動機，并且使得斯特林發動機的熱頭設計和制造簡化，降低成本，而且由于金屬氧化物的存在，避免了熱管的熱端直接被高能量的聚光太陽能照射，延長了熱管壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1是增加金屬氧化物儲能物質的集熱器示意圖；
[0016]圖2是本發明的斯特林發動機示意圖；
[0017]圖3是增加金屬氧化物儲能裝置的太陽能碟式斯特林系統示意圖；
[0018]圖4是本發明的熱管示意圖；
[0019]圖5是增加熱管的太陽