[发明专利]一种农业生产与太阳能热风发电系统结合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源、电力运用技术，特别涉及一种农业生产与太阳能热风发电系统结合的方法。

背景技术

在能源问题日益突出的今天，太阳能的开发利用已成为实现能源可持续发展的重点。太阳能发电是一种新兴的可再生能源，其生产过程不会产生环境污染，又不会消耗其它地球资源或导致地球温室效应，因此受到世界各国的重视。

太阳能的利用有光电转换和被动式利用（光热转换）两种方式。光电转换主要是通过光伏电池将太阳能转换成电能，但是现有的光伏电池普遍存在着效率不高、稳定性低、适应能力差、体积庞大且系统复杂等缺点，并且其电池效率随着电池温度的上升而降低，因此，还需增加一定的散热设备，更进一步提高的光伏发电的成本，不利于光伏发电的进一步推广。

太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学J. Schlaich教授于1978 年提出的。该发电系统主要有3个基本组成部分：具有高透光性顶棚(如玻璃) 的集热器、太阳能烟囱和透平发电机组。太阳光以辐射形式加热集热器下面的地面，使之温度升高。环境空气进入集热器后，受地面和阳光加热，密度减小并沿集热器顶进入太阳能烟囱，在太阳能烟囱内由于“烟囱作用”形成上升气流。当集热器面积足够大时，烟囱内的上升气流就可驱动安装在太阳能烟囱内的风力透平发电机组发电。同时，环境空气不断进入集热器，形成持续的气流流动。太阳能热风发电技术具有一系列优点：(1) 太阳能几乎是取之不尽, 用之不竭的清洁能源, 太阳能热风发电对环境无污染；(2) 太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运行；(3) 太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运动部件，维护费用低；(4) 不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖有积极作用。

国内外学者对太阳能热风烟囱产生了浓厚的兴趣。1982 年德国和西班牙合作，在西班牙的Manzanares建造了第1 座太阳能热风试验型电站。这座电站的烟囱高度为195 m，烟囱直径为10.3 m，集热棚直径约242 m，集热器面积约46 000 m²。电站内设置了蓄热系统可实现连续供电。白天透平发电机的转速为1500 r/min，输出功率为100 kW；在夜间透平发电机的转速为1 000 r/min，输出功率40kW。1983 年美国科学家Krisst建造了一座烟囱高度为10 m，集热器直径为6 m，输出功率为10W 的庭院式太阳能热风发电装置。1997 年在美国佛罗里达大学花园建造了3 种不同形式的太阳能烟囱模型，并进行了理论和试验研究。土耳其科学家Kulunk在土耳其的伊兹密尔市建造了1 个微型电站，这个电站的烟囱高2 m，直径为7 cm，集热器面积为9m²，发电功率为0.14W，烟囱中的涡轮机转子功率为0.45W，发电机效率为31%。

国内太阳能热风发电技术的研究起步较晚。华中科技大学建立了1座小型的太阳能热风发电装置，并能正常运行。上海理工大学搭建了一座太阳能热风烟囱试验台，试验系统中集热棚直径为6.5m，烟囱高度为10m，烟囱直径为0.3m，发电功率为5W。上海交通大学对将太阳能热风发电技术应用于我国宁夏地区的可行性和方案做了研究。此外，中国科技大学的葛新石和叶宏对太阳能热风发电系统的热力学不完善性做了分析。指出太阳烟囱发电技术实质上是太阳热发电，它受热力学定律的制约，作为热发电系统,热源的热空气温度很低,即使在理想条件下，系统的发电效率也较低。

传统的太阳能热风发电技术存在以下缺点：1.其发电效率较低；2.占地面积较大；3.经济效益有限。对于我国，由于经济发展的不平衡性，东西部的经济有一定的差别，这对于太阳能热风烟囱的发展会产生一定的影响，主要表现在，西部地区土地资源丰富，但经济条件较差，建造大规模的热风发电烟囱有一定的困难，而东部地区虽然经济条件较好，但土地资源有限，不适合建造大面积的热风发电系统。

发明内容

本发明是针对目前太阳能热风发电系统经济效益较低的问题，提出了一种农业生产与太阳能热风发电系统结合的方法，可以有效解决目前热风发电系统所存在的问题，将农业生产和热风发电技术紧密结合，根据不同条件，最大程度的发挥了两者各自的优势，提高了太阳能的综合利用率，提高了土地资源的综合利用率，同时降低了农业和发电的成本，扩大了太阳能热风发电系统的应用范围。