风力发电耦合太阳能热气流发电系统设计(3)
发展低碳经济、构建低碳城市不仅仅是政府和有关专家的事情，积极树立低碳环保的生活理念也是每一个公民应尽的义务。“低碳经济”不仅意着我国的制造业要加快淘汰高能耗、高污染的落后的生产能力，推进节能减排的技术创新，而且意着引导公众反思哪些习以为常的消费模式和生活方式是浪费能源、增排污染的不良嗜好，从而充分发掘服务业和消费生活领域节能减排的巨大潜力。低碳生活，是一种自然而然去节约身边各种资源的习惯。我们应该积极的提倡并去实践，注意节油、节电、节气、垃圾回收以及绿色出行，从生活中的点点滴滴做起，从身边的每个节能细节做起。很多低碳环保的生活方式，大家都是可以做到的，即使是再小的一份力量，都是对发展低碳经济、构建低碳社会的一种支持，都可以为文护我国的能源安全做出贡献。
1.2 太阳能热气流发电
能源是人类社会存在与发展的物质基础，在刚刚过去的几十年多年里，建立在以煤炭、石油和天然气这些化石燃料为基础的能源体系，极大地推动了人类社会的发展。然而，化石能源不仅利用过程中造成了严重的环境污染，在开采的过程中也会对生态环境造成不可逆的破坏，而且其在地球上的储量也是十分有限的；同时随着世界人口的不断增长，能源的消耗量也会大幅度的提高。因此，人类必须找到一种清洁、安全、可靠的、可以持续利用的新的能源系统，着已经成为世界各国能源研究方面的热门话题，而太阳能发电技术将是其中最有发展前途的新能源技术之一。
太阳能热风发电是太阳能发电的一个重要分支。太阳能热风发电这一构想是由德国J•Schlaich[2]教授首在1978年先提出的。随后由德国政府和西班牙的一家电力企业联合资助，于1982年，在西班牙的Manzanares[3]建成世界上第一座太阳能烟囱发电试验站。此后，西班牙和美国也先后建立了不同型式的太阳能热气流发电站的试验模型，并做了相关的理论分析和试验，印度、南非以及澳大利亚等国家也相继开展了关于太阳能热气流电站的工程设计和技术经济性评估。在我国，华中科技大学潘垣院士于2000年10月开始关注太阳能热气流发电，倡导对该项技术进行关注，并且开展了一系列的研究。2002年，由中国工程院常务副院长王淀佐等四位资深院士联名向国务院建议，呼吁国家有关机构投资对太阳能热气流发电技术开展研究。采用太阳能热气流发电技术进行发电，可已充分利用我国广大的荒漠化、沙化土地以及当地丰富的太阳能资源，大幅度改善当前不合理的能源结构，解决我国的能源困境。太阳能热气流发电系统主要由集热棚、涡轮机、烟囱和蓄热层四个部件组成，如图1.1所示。
图1.1 太阳能热风发电的基本原理图
太阳辐射能通过集热棚的透明材料进入系统，加热蓄热层表面。当地面的蓄热介质吸收热量时，它的温度升高并将能量蓄积起来，与此同时蓄热层被加热的表面向集热棚内空气传递热量。空气吸收热量后，温度升高，密度降低，小于外界环境相同高度处的空气密度，从而形成了压力差。棚中央的烟囱起负压管的作用，可以加大系统内外的压力差，从而形成强烈的上升气流。当系统内部的空气以较大的速度进入烟囱中时，强烈的上升气流推动安装在烟囱底部的轴流式涡轮发电机，将流动空气流机械能转换为涡轮机叶片的机械能，叶片带动发电机的转子转动进而变为电能。
太阳能集热棚是整个热气流发电系统的能量输入部分，它可以决定输入总能量的大小，所以提高集热棚的集热性能是增加发电量及提高系统总效率的重要方法。太阳能烟囱位于集热棚的中央位置，它的作用是产生压力差从而形成气流，为空气涡轮机的转动提供动力。对太阳能烟囱系统的分析也可以分为两种类型，一类是不考虑空气的可压缩性、涡轮机对流动空气的影响及空气在烟囱内的流动过程中产生的摩擦的简单模型，以J．Schlaieh[2]提供的研究方法为代表。空气涡轮机安装于烟囱底部，由烟囱中的循环气流驱动。与风力发电所采用的速度级涡轮机不同，太阳能烟囱式发电采用的是压力级涡轮机，这一点与水力发电中的水轮机相似——静压被转换成涡轮机的旋转能进行发电。
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