太陽能儲能鍋爐技術探討

太陽能由于其可得性高、清潔性好，在節能減排的政策號召下我國對太陽能應用取得了良好的發展，尤其是在太陽能熱利用方面，慢慢在向產業化靠攏。隨著對太陽能熱利用領域的拓展，我國不僅在太陽能中低溫方面取得了很好的發展，太陽能中高溫熱利用技術也越來越為人們所重視。

1 太陽能儲能鍋爐工作原理

該鍋爐的工作原理見圖1，利用Al-Si合金作為相變儲能材料，該鍋爐結構緊湊，主要分為4部分：

1.封裝Al-Si合金儲能材料的空腔接收器；

2.高溫熱管，其主要把儲存在Al-Si合金中的能量傳遞給鍋筒中的水；

3.鍋筒，3.5MPa的水在鍋筒中被熱管傳遞Al-Si合金的熱量加熱，產生的飽和水蒸氣；

4.過熱管。過熱管和Al-Si合金換熱，飽和水蒸氣變成415℃、3.5MPa的過熱水蒸氣。

由于采用的多碟式聚光器的有效面積只有12.56m2,聚光比C=625,有效峰值功率在8kW左右，因此該Al-Si合金儲能鍋爐的有效功率比較小，大概有3~4kW。采用Al-Si合金作為相變儲能材料，主要考慮Al-Si合金相變儲能材料有儲能密度大、儲熱溫度高、熱穩定性好、導熱系數好、相變時過冷度小、相偏析小、性價比良好等特點。高溫相變儲能材料Al-Si合金溶融潛熱大（512J•g-1）,固相導熱系數可達到180W/(m•K)，是比較好的導熱體，是融鹽的百倍以上，能把容器底部的熱量迅速傳遞上來。而且Al-Si合金的相變過程能使得容器在相當長的時間內比較低和穩定，起到比較好的冷卻作用，防止容器在高能密度下熔穿。

2 太陽能儲能鍋爐的系統圖

該鍋爐的工作原理見圖2，儲能鍋爐的能量流是通過儲熱體的吸收腔把太陽能聚光器聚光的800~1000℃的高熱流密度的太陽能吸收，儲能于Al-Si合金之中。

冷水由柱塞泵泵入鍋筒，被熱管傳遞Al-Si合金的熱量加熱，產生3.5MPa壓力的的飽和水蒸氣，進入集氣管；再經過過熱管和Al-Si合金換熱，飽和水蒸氣變成415℃、3.5MPa的過熱水蒸氣。

3 鍋筒在空中多碟式聚光器支

撐臂上轉動的水位變化圖(見圖3)隨著多碟式聚光器的俯仰變化，鍋筒在空中向上轉動的范圍是0°到90°角（見圖4）?？梢钥闯鯟部分不管水位D部分怎變化都是不會被水淹沒的。因此出氣口A的位置定在C部分的中間位置，同時集氣管B的最底點要比鍋筒的最高點要高。這樣就可以防止水堵住出氣口。

4 多碟式聚光器

圖5所示意的多碟聚光器的具體參數為：采光口直徑5m,當量采光面積19.6m2，焦距為3.25m，其幾何聚光比625，邊緣角為42.1°，高0.48m。實際焦斑直徑d為0.2m。鏡子數16，鏡直徑1m，鏡子總面積12.56m2，能承受200kg的質量。其高太陽能熱流密度大概在400kW/m2~600kW/m2之間。由于該多碟式的聚光比為625，當太陽直射輻照度640W/m2~960W/m2時，就能產生400kW/m2~600kW/m2的高太陽能熱流密度。在廣州夏天最高的太陽輻照度可達1100W/m2。因此基于該多碟式的產生的高太陽能

熱流密度最高可以達687.5kW/m2。多碟式聚光器的外形見圖5。

5 試驗結果

從圖6可以看出，太陽能鍋爐的蒸汽壓力在12:11~12:14之間達到3.5MPa，過熱蒸汽溫度達到445℃。

圖7是試驗時太陽能鍋爐噴出高壓高溫蒸汽的照片。

6 結論

通過搭建的太陽能儲能鍋爐實驗平臺，試驗結果比較理想。但是由于該太陽能儲能鍋爐的功率太小，還不能應用到實際的太陽能熱發電或工農業應用中去。另外該太陽能儲能鍋爐成本比較高，離它的實際應用還有比較長的路要走。