案例|255kW水工质槽式中温太阳能空调及工业热利用示范平台研究

时间:2021-03-15 17:59来源:国家光热联盟

  1、项目概况

  项目建设地址位于湖北省黄冈市禹王高新技术产业园(如图1所示),占地面积5000平方米。项目除解决办公楼的空调外,太阳能集热器的热能还能解决车间的零件烘烤预热。槽式太阳能集热器阵列如图2所示。
  本项目承担单位为湖北贵族真空科技股份有限公司,技术协作单位为中国科学院电工研究所和华北电力大学。

  2、设计思路

  此示范平台系统主要由槽式太阳能集热器、溴化锂空调主机、蓄能装置、风机盘管、蒸汽烘干机、高压循环水泵、冷却塔和控制系统八大部分组成。系统主要设备如表1所示。
  槽式太阳能集热器利用热水作为工作介质,温度可达200℃左右,将高温介质送到溴化锂空调主机,驱动机组制冷(热),再通过介质水输送到室内供用户使用。蓄能器存储多余的热量,可解决夜间或阴雨天制冷(热)的需求。
  项目的热力传输使用创新型生产的真空绝热传输管,使系统热损得到进一步降低,提高了运行效率。

  3、技术参数

  3.1槽式太阳能集热器
  槽式太阳能集热器是系统的重要组成部分,由跟踪系统驱动跟踪太阳,利用抛物面的聚光性能,将太阳光反射聚焦到吸收器上,加热传热工质,为溴化锂空调主机提供高温的驱动热源。
  3.1.1技术参数
  (1)系统耐风力等级:8级,最大风速20m/s;
  (2)工质:水。
  3.1.2自动跟踪
  根据太阳运行轨迹,采用前馈控制方法控制三相混合式步进电机,来驱动集热器做旋转运动,准确追踪太阳,跟踪精度0.1°。
  3.1.3腔体吸收器
  吸收器位于聚光器的焦线上,通常在吸收器上的能量密度是正常太阳辐射强度的30~100 倍。吸收器是聚焦太阳能集热器中光热转换过程的承载者,其效率的高低将会直接影响系统的集热效率。
  本项目设计了四种不同结构的腔体吸收器,并利用几何光学和传热学原理,对其进行实验和性能模拟,最终得出三角形腔体为最优结构,并最终用三角形腔体吸收器为抛物槽式太阳能集热器的吸收器。腔体内壁选择性涂层的吸收率达到0.9以上,通过测试,无论在90℃还是150℃的工况下,三角形腔体热损失较小。
  3.1.4槽式聚光器
  材料采用平板玻璃,通过热弯加工形成一定弧度的镜面,并在玻璃的背面镀银。每一块平板玻璃截面长度为1.736m,宽为1.365m,每一单元共使用8块玻璃,即19.3m²的反射面积;在该弧度设计时,玻璃的光比为40。
  3.2溴化锂空调主机溴化锂空调
  主机选用的是单/ 双效热水型制冷机组。主要技术参数如表2所示。
  注:
  1.机组可以做到125℃~150℃时使用双效流程;80℃~125℃时使用单效流程。
  2.制冷机控制柜内放置1套自带PLC,对溴化锂制冷机的运行进行实时控制,控制方式通讯协议为Omron Hostlink。
  3.冷水、冷却水测污垢系数为0.086m²·℃/kW。
  4.冷水、冷却水压力小于0.6MPa。
  3.3真空传输管
  系统的管路采用真空传输管,该管是针对国内太阳能光热发电装备行业现状,开发的“太阳能热发电低热损高温工质真空传输管”,可大幅降低太阳能光热发电高温介质的输送热损失,与岩棉保温管道相比,在400℃工质输送条件下,可降低85%的热损,已经获得了3项国家发明专利和5项实用新型专利(如图3所示)。
 
图3专利产品

  4、经济性及社会效益

  4.1系统投资
  该系统预计投资为563万元,其中设备系统总投资约为406万,研发人员经费100 万元,土地支出60万元。
  4.2经济效益
  以255kW的槽式中温太阳能集热镜场计算,每年可节约用电96000kW·h,减少CO₂排放1000吨。
  另外,项目使用方厂房以前零件清洗后必须烘烤预热,烘烤预热的质量直接影响产品真空度,每年仅烘烤这一道工序,需电能约27690kW·h。
  该项目建成后,可利用太阳能热能对产品零件烘烤预热,完全取代传统的电热烘烤方式。
  4.3社会效益
  采用太阳能集热器从阳光中获取能量,避免了使用普通的燃气作为能源燃烧而产生的温室气体;所采用的溴化锂制冷机组使用溴化锂/水作为制冷剂,可避免传统制冷机中氟氯烃化合物泄漏而造成对臭氧层的破坏。
  该项目不仅节约能源,还可以有效减少碳排放,我国有着广泛的推广应用价值。

  结语

  我国约有1亿农户冬季需要采暖,按每户一个采暖季节节约标煤4.36吨测算,使用太阳能采暖,全国1亿农户可年替代标煤4.36亿吨,CO₂减排11.3亿吨。在太阳能在采暖、制冷等领域有广泛的应用价值。(作者:湖北贵族真空科技股份有限公司 陈宝容)

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