风力发电耦合太阳能热气流发电系统设计(4)
太阳能热气流发电项技术具有设计简单、取材方便、运动部件少、文护方便、文修及运行费用低、运行可靠、没有环境污染、可以昼夜连续稳定的运行、使用寿命长等优点，可以解决缺电或少电的发展中国家和地区的电力需求，近几十年来得到许多国际研究人员的支持。
在整个研究过程中假设整个热力循环过程是一个理想流动、没有能量损失的准静态过程，其热力循环的温熵图如图1.2所示。
图1.2 想热力循环的热力过程T—S图
如图1.2所示，是太阳能热气流发电的热力循环过程，其本质上是一个热机循环过程。集热棚内的工作介质（干燥的空气）在接受太阳能辐射加热过程（2-3）中获得热能，形成的气流用来驱动风力透平机组旋转做功（透平膨胀过程3-3te）、在克服热气流上升过程中的重力势能（烟囱膨胀过程3te-4）及向高空中的冷源大气排放热量（余温排放过程4-1）；最后，出口周围的大气在重力的作用下向地面聚集（重力压缩过程l-2），再次进入集热棚内进行加热，完成热力循环。
太阳能热气流发电技术是许多从事能源研究的专家共同看好的一项新技术。自从1982年在西班牙建成世界上的第一座太阳能烟囱发试验电站以来，世界许多国家相继展开了这方面的研究。1983年，美国科学家Krisst[4]建了一座庭院式太阳能发电装置；1997年，在美国的佛罗里达州建成了3种不同类型的太阳能烟囱试验模型[5]；土耳其科学家Kulunk在Lzmr市建造了一个微型电站等等[6]。
太阳能热气流发电系统的设备简单，只需要太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮发电机三部分组成。太阳能热气流发电的效率，会随着集热棚面积的增加和烟囱高度的增加而显著地提高，所以为了得到更高的发电效率和更高的经济性，修建大规模的电站是必须的。一旦电站建成，这种电站将运行很长一段时间。烟囱本身的寿命可以达到100年或者更长的时间。由于这个系统的运动部件很少，所以这种电站不容易出现故障，即便出现问题文修费用也很低。作为主要运动组件的涡轮发电机组，将安装在稳定的空气流中，比安装在工况恶劣的阵阵狂风中的风力涡轮机所承受的应力小的多。发电站的工程技术人员在没有外国顾问帮助的情况下就能够文修，保证电站的正常运行。
我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，全国总面积有2/3以上地区的年平均日照小时数大于2000h，太阳辐射量在5×106kJ/(m2∙a)以上。我国的新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙古等地区的太阳总辐射量和日照小时数为全国最高，属太阳能资源丰富地区。这些地区的人口稀少，而且荒漠面积比较大，适和用于建造太阳能热气流电站[7]。
太阳能烟囱热气流发电技术之所以受到广泛的关注，主要因为它具有下面的诸多优点：
（1）太阳能热气流发电系统的设备简单，只需要太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮发电机三部分组成。太阳能热气流发电的效率，会随着集热棚面积的增加和烟囱高度的增加而显著地提高，所以为了得到更高的发电效率和更高的经济性，修建大规模的电站是必须的。一旦电站建成，这种电站将运行很长一段时间。烟囱本身的寿命可以达到100年或者更长的时间。由于这个系统的运动部件很少，所以这种电站不容易出现故障，即便出现问题文修费用也很低。作为主要运动组件的涡轮发电机组，将安装在稳定的空气流中，比安装在工况恶劣的阵阵狂风中的风力涡轮机所承受的应力小的多。发电站的工程技术人员在没有外国顾问帮助的情况下就能够文修，保证电站的正常运行。
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