太陽能煙囪發電是一種新能源發電技術技術。最早開始研究SC的是法國科學家Trombe, Trombe的這一研究引起了人們的普遍關注.隨後，人們對SC進行了一系列探索性研究，並將SC套用於許多領域.SC技術作為一項新技術，在改善室內居住環境、食品及農副產品乾燥處理、海水淡化、改善局部地區小氣候和發電領域等有著非常廣闊的套用前景，成為本世紀新能源。介紹了太陽能煙囪發電技術產生的背景，太陽能煙囪發電技術原理，太陽能煙囪發電的特點，世界各國太陽能煙囪發電技術的研究進展以及發展現狀和前景。
基本介紹
- 中文名：太陽能煙囪發電
- 外文名：solar chimney generates
- 特點：清潔
- 類型：發電技術
- 領域：能源
- 學科：電氣工程
簡介,太陽能煙囪發電系統的構成,太陽能煙囪發電技術的特點,設備簡單，運行費用低,適合建設在人口稀少的沙漠地區,不產生有害物，具有良好的環境效應,太陽能煙囪發電技術的現狀,國外太陽能煙囪發電技術進展,我國太陽能煙囪發電技術現狀,太陽能煙囪發電技術發展前景展望,
簡介
隨著世界人口快速增長和工業的飛速發展，能源需求不斷增加，環境污染也在加劇，地球溫室效應影響繼續上升，人類的生活環境日益惡化;廉價的石油和天然氣也必將耗盡，世界各國對清潔的新能源需求的依賴也逐漸加強。各國專家都特別關注21世紀的新能源問題，並且非常看好新的可再生能源。尋求清潔能源利用新技術己成為研究熱點之一，而太陽能發電技術將是最有發展前途的新能源技術。
太陽能煙囪發電技術是被許多能源專家看好的一項新技術。建造太陽能煙囪電站的構想是由來自斯圖加特大學的喬根·施萊奇教授提出的。他認為建造太陽能煙囪是解決廣大開發中國家由於缺乏電力致使經濟長期處於停滯狀態問題的好辦法。建造太陽能煙囪電站的主要材料是玻璃和水泥，可用沙漠裡的沙、石製造。這種電站不像其他太陽能電力系統，它不需要高技術的設備和人才，維修簡便。目前在西班牙己經建成了一座太陽能煙囪發電站。隨著研究的深入，這項新技術會越來越成熟，最終太陽能煙囪發電技術將會在世界上得到更廣泛的套用。
太陽能煙囪發電系統的構成
太陽能煙囪發電系統由太陽能集熱棚、太陽能煙囪和渦輪機發電機組3個基本部分所構成(圖1}。太陽能集熱棚建在一塊太陽輻照強、絕熱性能比較好的土地上;集熱棚和地面有一定間隙，可以讓周圍空氣進入系統;集熱棚中間離地面一定距離處裝著煙囪，在煙囪底部裝有渦輪機。太陽光照射集熱棚，集熱棚下面的土地吸收透過覆蓋層的太陽輻射能，並加熱土地和集熱極覆蓋層之間的空氣，使集熱棚內空氣溫度升高，密度下降，並沿著煙囪上升，集熱棚周圍的冷空氣進入系統，從而形成空氣循環流動。由於集熱棚內的空間足夠大，當集熱棚內的空氣流到達煙囪底部的時候，在煙囪內將形成強大的氣流，利用這股強大的氣流推動裝在煙囪底部的渦輪機，帶動發電機發電。在空氣流動過程中，產生了3個能量轉換過程。首先空氣被加熱，太陽能轉化為空氣內能;由於空氣在煙囪內的上升流動，內能轉變為動能;當空氣流到渦輪機時，氣流推動渦輪機轉子轉動，動能又轉化成我們所需。
太陽能煙囪發電技術中的一個重要因素是集熱棚表面的覆蓋層，而覆蓋層的花費將占到整個安裝費用的45 %。目前覆蓋層所使用的材料能用到5一7年，但有關專家期望能夠通過改進把覆蓋層的使用壽命提高到20年。
太陽能煙囪發電技術的特點
設備簡單，運行費用低
太陽能煙囪發電設備簡單，只需太陽能集熱棚、太陽能煙囪和渦輪發電機組。太陽能煙囪發電的效率，隨著集熱棚面積的增加和煙囪高度的增加而提高，所以為了達到更好的效率和經濟性，修建大規模的電站是必須的。一旦電站建成，這種電站將運行很長時間。煙囪本身將用100年或更長的時間。由於運動部件很少，所以這種電站的維修費用很低。作為主要運動組件的渦輪發電機組，將安裝在穩定的空氣流中，比安裝在工況惡劣的陣陣狂風中的風力渦輪機所承受的應力小的多。發電站的工程技術人員在沒有外國顧問幫助的情況下就能夠維修，保證電站的正常運行。
適合建設在人口稀少的沙漠地區
我國是太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區的年日照時數大於2 000 h，太陽輻射量在5x10kJ/(m2/a)以上。我國西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內蒙古等地區的太陽總輻射量和日照時數為全國最高，屬太陽能資源豐富地區。這些地區人口稀少，而且荒漠面積較大，適於建造太陽能煙囪電站。
不產生有害物，具有良好的環境效應
研究表明，太陽能煙囪發電站在運行過程中既沒有SO:等有害氣體排出，也沒有溫室氣體CO2的排出，還沒有固體廢棄物的排出，不影響生態環境。
太陽能煙囪發電技術的現狀
國外太陽能煙囪發電技術進展
在西班牙曼札納市，一個100 kW的實驗性電站從1981年己經開始運行。這座實驗性電站的煙囪高200 m，煙囪直徑為10. 3 m;集熱棚的半徑為126 m，其邊緣處與地面的間隙約2m，其中間處距地面8m。隨後又將建設一個煙囪高達900m，最大輸出電量為1 000 MW的電站。煙囪內的空氣流速可以達到20一60 m/s，可以推動一個或者多個渦輪機工作。這個1 000 M W的電站，集熱棚的直徑大約為10 km，為建這個電站需要大約80 km2的土地。這個實驗性的太陽能電站的煙囪重達200 t，它由長8m、寬1一1. 25 m的波紋鋼板構成;每隔4m都有環孔加固。共有24根拉索保證煙囪的穩定，還可以防止地震。防震問題對在世界上某些地區是很重要的。對於建立更大的電站，這個問題己經受到足夠的重視，通過用一種薄的、柔韌性好的塑膠或金屬材料覆蓋層代替強化的混凝土或有預應力的鋼拉索網，從而可以進一步減輕煙囪的重量。煙囪的底部裝著渦輪機發電機組，由於設計得很好，渦輪發電機可以晝夜不停地發電。白天渦輪機轉速為1500 r/min，產生100 kW的電量。晚上集熱棚下的地面把白天吸收的熱釋放出來，推動渦輪機以1000 r/min的速度運行，發電量為40 kW。在集熱棚表面覆蓋層上每6 m2裝有一個排水閥，排水閥平時是關閉的，以防止空氣流失，下雨的時候打開排水閥，讓雨水清洗集熱棚上表面的污物和雜質。這樣的結構與建立在鏡面基礎上的太陽能電站相比具有很大的優勢(後者不得不定期對集熱棚上表面進行清洗以達到最高的效率)。大型電站的安裝費用為460美元/kW，運行費用為0. 02~ 0. 04美元/kWh。隨著集熱棚頂部溫度的提高，煙囪和集熱棚直徑的增加，電站的容量將會增加，並且每千瓦時的費用也會降低。
太陽能煙囪電站的理想場所是戈壁沙漠地區，這些地區的太陽輻射強度都在500一600 W /m2之間。在歐洲南部和非洲北部，太陽輻射強度平均也達到了400 W /m2。如果這些地區每年有光照的天數為300 d或者更多的話，在這些地區太陽能煙囪電站是可行的。
除了進行發電外，太陽能煙囪電站還可能有其他套用。一是這種電站能夠通過電解的方法產生氫氣，然後向外輸出氫氣;另外一個套用是利用集熱棚周圍的空地，在溫室內培育花卉等進行園藝生產。
自從西班牙建成了第一座太陽能煙囪發電站後，美國、日本、德國、南非等國的專家己對太陽能煙囪電站表現出濃厚興趣。從1995年，南非物理學家斯廷納提出:在南非的北好望角建造太陽能煙囪電站。計畫中的太陽能煙囪電站將建在南非邊遠的沙漠城錫興附近，該工程預計耗資約4億美元，發電能力將達到200 M W。斯廷納認為在南非建造太陽能煙囪電站是有機會與化石燃料電站競爭的。雖然在南非煤很便宜，而且這個國家對電力生產優先考慮的是廉價而不是“清潔”，但是在南非建造太陽能煙囪電站還是可行的，因為它的運行費用和成本更低。這項龐大的工程仍存在巨大困難，建造1 500 m高的煙囪是目前世界上前所未有的。 1983年美國科學家Krisst在康乃狄克州首府西哈特福德市建成了一座煙囪高度為10 m，集熱棚直徑為6m，輸出功率10 W的庭園式太陽能煙囪發電裝置。1997年N. Pasurmarchi報導了在美國佛羅里達大學建成了3種不同結構的太陽能煙囪模型，並進行了相應的理論和實驗研究。土耳其科學家Kulunk在土耳其的伊茲密爾市建造了一個微型電站，這個電站的煙囪高2m，直徑為7 cm，集熱棚區域面積為9 m2，發電功率為0. 14 W。煙囪中的渦輪機轉子功率為0. 45 W，發電機的效率為31%。煙囪底部的溫差和壓差分別為4℃和200 Pa.
我國太陽能煙囪發電技術現狀
在太陽能煙囪發電技術方面，我國只有華中科技大學己經開始從事這方面的研究，目前正在籌備建造一座發電功率為50W的太陽能煙囪發電裝置，並且正在對集熱棚和太陽能煙囪內的傳熱和流動過程進行數值模擬研究。
太陽能煙囪發電技術發展前景展望
斯圖加特大學的史蒂芬堅信太陽能煙囪的性能，對於一個較大的裝置，流動模型可能不同，並且可能引起某些問題，但是這些問題是可以克服的，而太陽能煙囪電站將扮演未來大型電站的角色。
我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，太陽能利用條件較好的地方占我國國土面積的2/3以上。西北和青藏高原更是得天獨厚，年平均日照時間2 000 h以上，年輻射總量在1 500一1 800kWh/m2，是我國重要的太陽能套用基地，將來一定會在我國的太陽能產業中發揮重要作用。我國西部地區太陽能資源豐富，在太陽能開發利用方面具有一定的基礎，產業發展也初具規模。目前，許多國家和國際公司看好我國西北的太陽能利用市場，各種援助計畫、示範套用項目紛至沓來。這對我國的太陽能產業既是個大好機遇，同時也是嚴峻的挑戰。太陽能煙囪發電技術研究在國外進行的時間不長，國內在這方面的研究更少。我國應加大研究力度，如果太陽能煙囪發電技術成熟後，將為我國西部的開發提供取之不盡的電力資源，從而可以推動我國太陽能產業的發展，推動西部地區大開發的進程。
全球性常規能源短缺、供需矛盾日益激化，全球氣候變暖、生態保護迫在眉睫，這雙重的巨大壓力將迫使人們尋找新能源和可再生能源.在眾多能源中，太陽能優勢獨特，因為它儲量無限，完全清潔.因此，太陽能越來越受到人們的重視.太陽能煙囪(SC)技術將古老的煙囪技術與現代太陽能熱利用技術完美結合，基於熱壓作用下的自然通風原理，利用太陽輻射為空氣流動提供動力，將熱能轉化為動能，從而增大了壓頭和排風量.最早開始研究SC的是法國科學家Trombe, Trombe的這一研究引起了人們的普遍關注.隨後，人們對SC進行了一系列探索性研究，並將SC套用於許多領域.SC技術作為一項新技術，在改善室內居住環境、食品及農副產品乾燥處理、海水淡化、改善局部地區小氣候和發電領域等有著非常廣闊的套用前景，成為本世紀新能源。
