
太阳能烟囱的运用的优缺点.docx
6页太阳能烟囱的运用的优缺点摘要:通过介绍太阳能烟囱在室内通风,发电以及抽取地下水等方面的运用,分 析其在各个方面的优缺点,并且提供部分解决途径从而使太阳能烟囱更好 的投入现实运用关键词:太阳能烟囱;通风;发电;抽取地下水;优缺点一. 背景一方面,全球性的能源危机已成为世界各国不得不面对的现实, 各国都开始 为寻找新的能源解决方案而努力,我国近年来面临着严重的电荒,煤荒和油荒, 全国24个省区出现了拉闸限电,寻找能源解决方案成为迫在眉睫的问题针对能 源匾乏的严峻形势, 国家鼓励和扶持在新建建筑和既有建筑节能改造中采用太 阳能等可再生能源与此同时各种新型高效集热器不断涌现, 使得太阳能直接供 暖逐步成为可能,也使得很多人将太阳能烟囱运用于室内通风中另外一方面,以燃煤为主的电力发展不仅面临环境与生态保护的巨大压力, 更面临着煤炭,石油和天然气的储量毕竟有限的现实情况按照现有技术,电力 生产资源供给系统是不可持续的从浩瀚无垠的太阳热能中索取应有尽有的电力 生产资源,对实现人类社会与自然的可持续发展有着重要作用最后一点,近几年来,国内越来越多的人对太阳能烟囱产生了兴趣,在中国 开发太阳能烟囱具有很大的地理优势。
我国西部地区具有丰富的土地资源,人口 稀少,阳光充足,是修建太阳能烟囱的理想场所;我国西部地区也是能源与水资 源匮乏的地区,利用太阳能烟囱技术直接抽取地下水是值得思考的问题 二. 室内通风的运用1.简介:对于在建筑中应用太阳能直接供暖, 夏季时太阳能采暖系统容易出现 过热问题, 室内温度较高建造太阳能烟囱后, 集热器产生的一部分热 量可用来加热空气, 使室内空气形成对流,增强室内通风风量 满足室 内通风致凉要求, 同时有效解决了系统过热问题空nan」—吊mTr田 1 t Nft t A>|^(rrambe 1>)lU 2丸阳能鼻然屋面〔條蚪丸}2.优点:(l) 在早晨, 可把晚上室内存储的混浊空气通过对流换到室外, 而将室外的新风换到室内, 进行室内换新风2) 在夏季, 可利用太阳能烟囱的拔风使空气形成对流, 带走太阳房的热量, 降低房内温度, 以达到生活所需温度3) 在春秋季, 太阳能日辐照量较大, 产生热量高, 需通过太阳能烟囱来 降低盘管内的温度,进而降低水箱的水温, 从而可预防水箱内的水因过热而导致 的设备损坏4) 太阳能烟囱就是强化室内通风,利用太阳能来加热房间的排风通道,增 加热压和室内通风风量,将室外空气送入室内,提高空气质量,避免了人们长期 处于空调状态下,空气品质下降导致的“空调综合症”,增加了室内通风换气次 数,驱除了室内污染物。
3.缺点:(1) 建筑的自然通风系统能否采用太阳能烟囱首先要从3个方面来考虑:① 当地太阳辐射强度和日照率等气候条件,如果一个地区的太阳辐射强度很低,日 照率也很低,例如靠近南北极地区,那么它一年中接受的太阳能也就十分有限, 而在这些地方利用太阳能烟囱来强化通风显然是没必要的,过于浪费了,投入的 成本远大于得到的效益相反,如果是在太阳辐射强度和日照率很高的地方,例 如靠近赤道,那么一年中得到的太阳能是十分可能的,而且靠近这些地方温度也 相对较高,利用太阳能烟囱就能强化通风,强化对流,让房间变得更加清新,舒 适②建筑径深及朝向;③居住者的热舒适要求,人们是否要安装太阳能烟囱完 全取决于个人需要,如果一个生活水平一般,对生活要求也不是很高,觉得没必 要花一笔钱去安装太阳能烟囱,那他的房间就可以不安装;相反,如果一个人生 活水平很不错,对室内空气和热舒适性都有较高要求,那安装太阳能烟囱对于他 来说就是充分利用了2) 风压也是影响自然通风的重要因素,因此烟囱的出口应处于风压负压区, 这样可以利用风压来加强烟囱效应,同时还可以避免产生倒灌气流如果不安装 太阳能烟囱,普通房间要形成通风也必须让出口处于风压负压区,这样才能形成 对流,不会出现倒灌气流。
3) 对于较高的建筑,顶层的房间易处于热压中面以上,这样其他房间的热 空气会流入,因此需要单独考虑,为此,可将那些热压中和面以上的房间隔断, 同时在屋顶添加单独的风道来增加此层房间的热压,引入新鲜空气4) 为了在夏季达到更好的冷却效果,可与夜间通风结合起来设计另外, 由于自然通风受气候变化的影响很大,为满足全年的使用要求,应结合机械通风 来辅助控制太阳能烟囱并不是单独使用比较好,而是将它与一些其他的通风设 备一起使用,相辅相成,互相弥补弱点,那样才能以最小的成本换取最大程度的 收益5) 在设计太阳能烟囱系统时,可以将太阳能系统与其他建造构件如风塔, 天井楼梯间等结合起来构造整体系统以充分利用太阳能,强化自然通风这一点 与上面的有类似之处,就是将太阳能烟囱发挥最大的利用率三. 发电的运用1.起源:太阳能烟囱发电的构想是在1978年由德国J.Schlaich教授首先提出的随后 由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助,于1982年在西班牙Manzanares建 成世界上第一座太阳能烟囱发电站这座电站的烟囱高度为200m,烟囱直径为10.3m,集热棚覆盖区域直径约为250m、白天,涡轮发电机的转速为1500rpm, 输出功率为100kw;在夜间,涡轮发电机的转速为1000rmp,输出功率为40kw。
2.发电原理:利用太阳能集热棚加热空气以及烟囱产生上曳气流效应,驱动空气涡轮机带 动发电机发电这种发电方式无需常规能源,其动力的供给完全来自于集热棚下 面因太阳辐射所产生的热空气基于这一原理构建的太阳能烟囱式热力发电系统 由太阳能集热棚,太阳能烟囱和空气涡轮机组组成,属于现有三项成熟技术的创 新性组合应用3 •特点以及优点:A) 太阳能集热棚能同时利用太阳直射辐射和散射辐射而其余3种太阳能热 力发电因采用聚焦型集热器仅腳用太稲射辐射生产蒸汽来驱动热机发电,这 一点对多云天气热带国家至关重要B) 可在集热棚下面安装水管或直接利用棚下面的土地作集热器水管只需 一次加满,无需补充水,蓄热器白天吸热,夜晚将所储存的热量释放出来对棚内 空气加热,使系统在夜间能够持续发电,减少了对天气的依赖性,且不需要化石 燃料C) 与传统热力发电或其它3种太阳能热力发电相比,不需要冷却水源,适 宜于太阳能资源丰富而又缺水的国家和地区,如沙漠D) 设备简单,建材易得,建设成本低,所需建材主要为水泥及透明面盖材 料(如玻璃),可就地取材空气涡轮发电机为成熟商品,不存在因使用高新技术 造成投资风险和成本过高等问题在一些欠发达国家,仅依靠其已有的工业基础, 在没有国外专家帮助下,就可构建,维护,保证电站正常运行。
E) 与其它3种太阳能热力发电相比,因未采用太阳能聚光器,太阳能至电 能的转换效率低,需要更大面积的土地发电效率除与当地太阳能辐射强度有关 外,还随集热棚面积和烟囱高度的增加而提高为获得较高的效率和经济性,须 构建大规模的电站,如200MW电站F) 运行过程中,使用太阳辐射热能为动力源,空气为驱动载体,既没有C02, NOx 等有害气体排放,也没有固体废弃物的排除,对当地生态环境不产生负面 影响G) 太阳能烟囱发电技术是环境友好的清洁能源,不会像化石能源产生环境污 染,太阳能几乎是取之不尽,用之不竭,太阳能烟囱发电技术是可再生能源的开 发利用,对缓解日益严重的能源危机有重要意义4.缺点:A) 集热棚的透明材料,很容易被尘土盖上,不易清洗,使透明材料的热交 换效率下降尤其是在沙漠地区,沙尘满天飞的现象时有发生,这时就必须对集 热棚的透明材料做很好的保护,但是现在对这一方面的研究还不够深入,至今还 未找到很好的解决办法和技术B) 在大风下,透明材料易被破坏现在一般将太阳能烟囱发电站建设在空 旷的地区,我国就是在大西北投入运行大西北土地空旷,经常刮起大风,对透 明材料是很大的伤害C) 超高烟囱的防风防震的安全问题也值得进一步探讨,目前世界上最高的 人工建筑物是加拿大的多伦多电视塔,只有550m高。
而太阳能烟囱发电站的超 高烟囱一般都是 200m 以上,对于超高烟囱的维护,包养,安全等综合考虑,这 一笔开销是很大的D) 与普通的风力机相比,大结构的太阳能烟囱内的涡轮发电机在经济上是 不合算的其实不光涡轮发电机,超高烟囱的维护,包养以及建造费用都是相当 惊人的四. 抽取地下水的运用1.简介:在我国西部地区,普遍存在能源和水源缺乏的问题水资源的开发是解决荒 漠化地区人类生存的关键抽取地下水是解决干旱地区水资源缺乏的一种有效途 径这些地区交通困难,经济落后,电力匮乏,领先传统电网的延伸来提供水泵 动力是难以实现的虽然我国已经在西部地区开展了太阳能光伏发电提水的研 究,但是由于太阳能电池的成本太高,因此目前还未达到大规模应用另外,风 力提水技术只能适合于风力资源丰富的地区,在许多风力资源贫乏的地区就不能 使用根据太阳能烟囱发电技术的难点和我国西部地区的具体情况,建立大规模 的太阳能烟囱的时机还不成熟回避修建大规模电站的风险,建造中小规模的太 阳能烟囱装置直接抽取地下水,是解决我国西部地区水资源问题的新思路2.太阳能烟囱直接抽取地下水的模型设计太阳光透过塑料或玻璃集热棚加热地面为了增加地面的蓄热性能,将地面铺 设一层水管作为蓄热材料。
由于温室效应,集热棚内空气温度升高,热空气膨胀 而向集热棚中部流动,进入集热棚中部的烟囱实际应用的烟囱一般采用钢筋混 凝土结构,以保证一定的强度和防风抗震性能上升的气流在烟囱中加速上升, 推动安装在烟囱底部的涡轮机旋转,并通过机械传动带动曲轴取的地下水通过过 滤器被提升到高位水塔中高位水塔中的水通过喷淋设施清洗集热棚表面的灰 尘,也可以输送到远处最简单常见的活塞水泵是由1个圆形水管外筒和1个活塞组成圆管底部设进 水口,并安装有过滤器,在圆管的顶部设出水口,活塞上装有一个单向活门当 活塞处于向下行程时,圆管底部的活门关闭,活塞上的活门被水的压力冲开而流 入活塞以上部位当活塞处于向上的行程时,活塞活门受上部水的压力而关闭, 圆管底部的单向活门被吸开,水进入到圆管内,活塞活门上部的水就被提升到其 顶部的水管中只要太阳能烟囱有足够的功率,就可以把地下水抽到水塔内或输 送到很远的地方一个太阳能烟囱提水装置所需的功率大小,主要考虑抽水、输 水的扬程和管道内的摩擦阻力损失两部分该系统的抽水泵,可选用活塞泵,还 可以选用薄膜泵3.优点:(1) 利用太阳能烟囱技术进行太阳能能量的转换抽取地下水,弥补了现有 的光伏提水成本太高的不足,克服了风力提水受风场和地域限制的缺点。
太阳能 集热棚下面的地面具有蓄热功能,太阳能烟囱不但白天可以抽水工作,晚上地面 释放的热能也可以维持其继续抽水2) 太阳能烟囱抽水技术回避了大型太阳能烟囱发电须修建超高烟囱的难 题利用太阳能转换的热能直接通过机械传动抽取地下水这样就可以修建中小 规模的太阳能烟囱系统,消除了超高烟囱的安全隐患,提高了能量的转换效率3) 实现了烟囱系统的自清洗过程太阳能烟囱的集热棚占地面积大,在 运行的过程中,很容易被灰尘所覆盖而降低能量转换效率利用太阳能烟囱缺陷 取地下水,既提供了饮用水源和灌溉水源,又可以方便地进行集热棚表面灰尘的 自清洗,能保证太阳能烟囱装置高效正常地运行4.缺点:(1) 太阳能烟囱还不能大规模建造,一是成本原因,需要投入大批的资金, 而且投入的越多,管理范围就越大,管理的支出也是一大笔资金二是大规模太 阳能烟囱建立在西北地区不能仅仅用在抽取地下水这一个用途上,还要用来发 电当大规模投入的时候,只用来抽取地下水就太浪费了,然而现在发电技术还 不成熟,综合考虑经济已经其它方面,大规模投入使用还是不够成熟。












