槽式太陽能中高溫技術是一種套用於能源產業的技術。
基本介紹
- 中文名：槽式太陽能中高溫技術
- 外文名：Groove type high temperature in solar technology
- 能源：太陽能
- 套用領域：能源產業
研究背景,套用領域,技術特點,市場瞻望,
研究背景
隨著全球能源供應問題日顯突出和可持續發展戰略的積極推行，國際國內對太陽能中高溫技術的開發套用已掀起新一輪高潮。儘管美國等工業化先進國家早在八十年代即開始了將太陽能中高溫技術套用到紡織、建築、食品加工、木材烘乾等工農業生產和日常用高溫取暖、開水等方面，以獲得100℃以上的熱水和蒸汽，但技術和設備工藝一直未獲突破，產業規模化因而是不可能的。國內對此項技術的研究起步較晚，大多研究機構的研究也尚未突破以通過轉動聚光鏡來實現光跟蹤這一傳統技術路線，技術的商業化和設備的國產化難題一直解不開。
德州華園新能源套用技術研究所經過幾年的不斷探索和實踐，成功地解決了準靜態光跟蹤這一問題，為技術商業化和產業規模化及設備國產化奠定了基礎。使用這一技術，利用國產材料製造的設備系統，在太陽輻射0．7~1．2KW/㎡的條件下（適合我國絕大部分地區），實際產生100~300℃熱水和蒸汽；反射板反射率達0.92以上，設計壽命15年；單位面積造價比普通型真空管熱水器還要低，是一種熱效率高、經濟實用，製造、安裝、操作管理方便的新型太陽能中高溫集熱裝置，系國內首創，其技術和套用方面的先進性已領先於國際，為太陽能中高溫工程化、產業規模化提供了完全可能。
太陽能取之不盡、用之不竭，屬於綠色潔淨能源。從長遠來看，在各種可再生能源中太陽能將是最主要的可再生能源，其資源遠大於人類對能源的總需求，套用前景十分廣闊。
廣義地講，地球上的能源約99.8%來自太陽能。而通常說太陽能利用是指太陽能的直接轉化和利用，如利用半導體光伏器件將太陽能轉換為電能的太陽能光伏發電，把太陽能轉換成熱能的太陽能熱利用和熱發電等。
美國是最早把太陽能中溫系統用在工業加工的國家，80年代就在加里福尼亞洲的帕薩尤納，建造了一座 600m2 太陽能中溫裝置，產生 170℃ 蒸汽供洗衣房用熱，可以滿足洗衣房蒸汽需要量的75%。美國德克薩斯州達拉斯北80公里處，建造一座 1070m2 中溫裝置，產生 173℃ 汽漂洗布匹，可滿足工廠漂洗布匹需要量的60%。美國勘薩斯AAI公司建造一座太陽能蒸汽混凝土實驗廠，產生 150℃ 汽對混凝土養護。
加拿大一家罐頭食品加工廠，建造了一座太陽能中溫系統裝置，提供150 -180℃ 蒸汽，每年可節省全廠電力消耗的20%。澳大利亞太陽能中溫把導熱油加熱至200 -250℃ ，用來熔化瀝青。在日本除利用太陽能中溫在工業普遍套用外，還在農業上利用太陽能中溫對農藥解毒，以進行有毒廢物的處理。在羅馬尼亞太陽能中溫實際套用總量已達18000平方米，等等。
近年來，我國太陽能熱利用得到快速發展。特別是近幾年，太陽能熱水器產業得到快速發展。2003年全行業太陽能熱水器總產量在1200平方米，總保有量5000平方米；
截止2003年底，全國熱水器企業已經超過三千多家，年總產值達120億元，年交稅金達4－6億元，太陽能熱水器與燃氣熱水器、電熱水器並列已經成為三大熱水器產品之一。
目前，我國已成為太陽能熱水器套用的絕對大國，總保有量已超過7500萬平方米，企業5000多家，年產值達300億元。但是，這僅是太陽能的低溫熱利用一個方面，通常用來提供40℃—80℃的生活用熱水。
套用領域
太陽能熱利用更為廣闊的領域是工農業生產中的中高溫熱利用，見表1所示。
表1：太陽能中高溫系統可套用的領域
工業利用領域 | 用途 | 熱能形式 | 溫度 |
能 源 | 發電 | 蒸汽 | 300℃ |
食品加工 | 沖洗 濃縮 乾燥 | 水蒸氣 蒸汽 蒸汽(空氣) | 80-150℃ 130-190℃ 130-240℃ |
塑膠加工 | 引發 快速分離 擠壓 乾燥 混合 | 蒸汽 蒸汽 蒸汽 蒸汽（空氣） 蒸汽 | 130-150℃ 150℃ 150℃ 180℃ 150℃ |
玻璃加工 | 壓平 乾燥纖維 | 空氣 空氣 | 110-150℃ 130-180℃ |
化學工業 | 加熱浸折 烘乾 | 蒸汽（空氣） 蒸汽（空氣） | 150-180℃ 150-180℃ |
造紙工業 | 牛皮紙漂白 乾燥 | 蒸汽 蒸汽 | 150-180℃ 150℃ |
木材加工 | 窖內烘乾 膠合板製備 熱壓纖維板 | 空氣 蒸汽 蒸汽 | 80-120℃ 120-180℃ 200℃ |
合成橡膠 | 引發 單體回收 乾燥 | 蒸汽 蒸汽 蒸汽(空氣) | 130℃ 130℃ 130℃ |
紡織工業 | 漂洗 處理 乾燥 | 水 蒸汽 蒸汽(空氣) | 水 蒸汽 蒸汽(空氣) |
公路建設 | 融化瀝青 | 蒸汽 | 120-180℃ |
菸草行業 | 制絲 | 制絲 | 150-200℃ |
從表中可看到，太陽能中高溫熱利用在工農業生產中具有很大市場，套用的關鍵在於要有先進、實用、可靠，且價格合理的太陽能中高溫集熱器。
技術特點
普通的太陽能集熱器採用平板型吸熱面，這種集熱器由於吸熱面與外界存在熱對流等損失，難以滿足150℃以上中高溫範圍熱利用要求。華園新能源套用技術研究所研製成功一種聚光真空管型新型太陽能集熱器，該集熱器採用非成像低倍率聚光鏡、高反射比反光材料和高效集熱管，構成一個中高溫集熱系統。該系統集熱效率高，工質溫度可達150~200℃，而且製造、安裝和運行管理都很方便，造價低於其他集熱器，屬國內首創。這一研究成果在工農業領域具有廣闊的套用前景。
該項槽式太陽能技術採用一種全新的聚光跟蹤原理，實現了兩項革命性的突破：
首先，突破了以往通過轉動反射鏡來跟蹤太陽的傳統技術路線。將龐大而笨重的反射聚光鏡固定在地上，一年四季保持不動，而跟蹤移動部件不僅重量輕，結構簡單、而且安裝方便，使用壽命長。由於反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵禦風雨的侵蝕破壞，而且還大大降低了反射鏡支架的造價。
其次，更為重要的是，該設備技術突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。採用菲涅爾凸透鏡技術可以對數百面反射鏡進行同時跟蹤，將數百或數千平方米的陽光聚焦到光能轉換部件上（聚光度約50倍，可以產生三、四百度的高溫），採用菲涅爾線焦透鏡系統，改變了以往整個工程造價大部分為跟蹤控制系統成本的局面，使其在整個工程造價中只占很小的一部分。同時對集熱核心部件鏡面反射材料，以及太陽能中高溫直通管採取國產化市場化生產，降低了成本，並且在運輸安裝費用上降低大量費用。
這兩項突破徹底克服了長期制約太陽能在中高溫領域內大規模套用的技術障礙，為實現太陽能中高溫設備製造標準化和產業化規模化運作開闢了廣闊的道路。華園新能源利用該項技術生產一套200平方米的太陽能熱水系統約二十萬元左右，一年四季都可以產生100度以上的熱水（溫度還可以更高，如二、三百度的工業用熱），且適用於我國絕大部分地區。
市場瞻望
太陽能的中高溫套用在工業領域具有無限廣闊商業前景，在我國還是一個空白，該技術大幅度地降低了太陽能中高溫套用的成本，使其具有了明顯的商業競爭優勢，為其通向商業運行掃清了障礙。該項技術可以廣泛地套用於：太陽能熱發電、日常飲水、採暖、空調、發電、紡織、印染、造紙、橡膠、海水淡化等各種需要熱水和熱蒸汽的生產和生活領域。可以預期該技術必將為二十世紀太陽能的廣泛套用起到積極的促進作用。
