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        關鍵器件A:熱電聯產槽式聚光器(光液之八)

        2019-01-21 08:33
        lightyear
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        摘要:(1)太陽能的能量密度小,陰天夜晚無法使用等弱點,造成了利用太陽能的成本過高、需要儲能等問題。熱電聯產槽式聚光器可以針對性地解決這個問題。

        (2)人類正經歷一場能源革命。能源革命有兩個特征:一是獲取方式多樣化,可持續化,如太陽能和核能利用。二是能源的存儲和轉換高效化,經濟化。太陽能光伏發電在用戶側平價,即是能源革命的風口。這個風口已經到來。

        背景說明

        在光液的生產環節,熱電聯產槽式聚光器可以產生最高600~900℃的熱源,使得沼氣甲烷、木炭煤炭和水轉換為一氧化碳、氫氣。并產出二甲醚。在光液的使用環節、熱電聯產槽式聚光器重整二甲醚水蒸氣、二甲醚沼氣得到一氧化碳、氫氣。直接燃燒供熱。或與lightyear混動車結合發電。或二甲醚做為lightyear混動車車載燃料。

        光液的生產、使用環節中,太陽能更高效地轉換為服務人們生活生產的熱源動力源。并通過儲熱、化學儲能解決了太陽能間斷性問題。

        1、熱電聯產槽式聚光器

        光液之八--關鍵器件A:熱電聯產槽式聚光器

         

        圖 1 熱電聯產槽式聚光器件三視圖

        光液之八--關鍵器件A:熱電聯產槽式聚光器

        圖 2 熱電聯產槽式聚光器件爆炸視圖

        根據相關的理論文獻槽式聚光的光熱轉換效率通常40~65%之間。光伏的效率在15~22%。如果是將光伏發電和光熱利用起來,其太陽能的利用效率會更好。

        如圖1、2的聚光器是根據相關理論計算設計,一個聚光面積為2平米的熱電聯產聚光器件。該器件能夠低成本地解決能源問題。如何低成本呢?現在太陽能硅晶發電成本已經在上網側平價,預計三年內在用戶側平價。本文設計的這個聚光器件所產生電能度電成本也會達到用戶側平價。

        而規模太陽能光熱發電度電成本目前在1.5~3元。用來直接發電不具備優勢。用來熱儲能、化學儲能是太陽能光熱利用的優勢。如何發揮這樣的優勢?

        光液技術是發揮光熱儲能優勢關鍵,槽式聚光目前最高溫度可達400℃。而光熱能達到最高溫度跟聚光比、吸熱器相關。本文設計的聚光器件最高聚光比達到300~500。最高溫度可達600℃.此外這個器件上有一個電感應加熱器。可以用來加熱木炭至上千攝氏度。在這樣的熱源下。沼氣、甲烷、沼渣炭、煤炭、水蒸氣等可以變為一氧化碳、氫氣。作為生產光液的原料。

        白天利用炭儲熱,夜晚利用存儲的熱能作為發電的熱源。

        這一個過程是一個復雜的系統,本文無法全部介紹清楚。下面通過一些基本應用的介紹進而說明熱電聯產聚光器件的性能

        2、熱電聯產聚光器件的應用

        熱電聯產聚光器件是集合了太陽能光伏、光熱的各自優點的一種太陽能利用器件。整個器件的建造成本比塔式定日鏡鏡場建造成本要低。太陽能利用效率更高。

        在早晨、傍晚和陰雨天。拋物線的聚光鏡將光線聚集到單晶硅太陽能電池板,只使用光伏發電。而在光照條件足夠好的情況下,吸熱器才工作和吸熱工質才開始循環。熱電產出的比例是可以靈活調整。

        2.1、甲烷低溫制氫

        根據相關的研究和試驗數據,甲烷和水蒸氣在600℃和質子交換膜的環境下可以得到氫氣、二氧化碳。(相關參考文獻本文略、本文為科普文章。具體論證見作者寫的正式論文)。熱電聯產聚光器件的光伏電能直接輸送到電網。夜晚使用熱儲能發電。

        2.2、電煤高效清潔利用

        電煤在中國的發電比例高達60~70%,使用熱電聯產聚光器件得到900℃熱儲能碳,通入600℃水蒸氣,得到高溫的氫氣、一氧化碳。然后經過熱交換,降低溫度后進入汽輪機燃燒。電煤的發電效率極限是40%多,而使用熱電聯產聚光器件將煤氣化后清潔燃燒,其發電效率會達到甲烷發電效率60~70%,這個過程中太陽能的凈發電效率理論值高達35%。如果這樣的技術能夠實現。煤炭的消耗量將大幅降低。

        2.3、沼氣二甲醚重整

        根據相關研究表明在最高溫度600℃,二甲醚可以與二氧化碳重整得到一氧化碳、氫氣。沼氣主要成分是甲烷、二氧化碳。1kg沼氣和0.735kg二甲醚利用熱電聯產聚光器件熱源得到一氧化碳、氫氣。直接供給lightyear混動車發電。此外熱電聯產聚光器件光伏所發電量是直接上網的。

        2.4、甲烷、煤炭生產二甲醚、二甲醚和水蒸氣重整

        在甲烷、電煤使用了熱電聯產聚光器件重整、氣化然后發電的同時,發電廠也生產二甲醚,原來的低溫水蒸氣輪機的工作介質更換為二甲醚即可。這樣的發電廠,可以不產生二氧化碳。電能的來源是太陽能。此情況是太陽能儲能效率最高的。有可能成為主要的光熱發電站的主要形式。

        在消費端,使用熱電聯產聚光器件使得二甲醚、水蒸氣重整。得到一氧化碳、氫氣直接燃燒作為熱源。

        3、結論

        就目前而言,熱電聯產槽式聚光器件仍不具備經濟價值,但當產業規模利用及生產成本的大幅減低,光伏發電成本的降低這個器件將能實現能源革新的目標。可以預計在三五年后,lightyear混動車、熱電聯產聚光器件及LY太陽能利用系統將會逐步由設想變成現實。

        為了使得這些技術更好地實現,作者放棄專利申請并公布所有設計細節。任何個人及企業均不能申請專利。

        聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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