太阳能炊事进厨房
——“太阳能中温集热系统关键技术研究”通过中期评估
作者:鹏飞 发布时间:2015/7/2 11:40:52
 

  利用太阳能做饭并不是什么新鲜事,太阳灶算是比较典型的应用,已经应用了很多年,但太阳灶做饭大多是在户外操作,在应用方便性方面有一定局限。


  太阳能低温热水系统已经得到广泛应用,它只能提供生活热水。近年来,太阳能中温技术开始推广示范,其示范应用领域主要为工业加热与太阳能空调采暖领域。清华大学与山东力诺集团科研团队则尝试中温太阳能蒸汽系统用于太阳能炊事领域,把太阳能炊事带回厨房,这应该算是比较新鲜的事。


  6月5日,由清华大学殷志强教授、力诺集团副总裁、山东力诺瑞特新能源有限公司总经理申文明、中国建筑科学研究院徐伟院长率领的科研团队,以及多位业内专家在项目所在地北京海淀区苏家坨镇西小营旗舰集团现场举行了“实现更高建筑节能目标的可再生能源高效应用关键技术研究”之子课题“太阳能中温集热系统关键技术研究”中期评议会。评议认为,课题组完成了一套全玻璃中温太阳能集热器应用示范系统的建设,使用中温太阳能集热系统产生蒸汽,已成功应用于食品加工;在北京旗舰集团建造的中温太阳能蒸汽系统,集热器工作温度达到160℃以上,最高工作温度达到180℃,完成了子课题任务。该中温太阳能蒸汽系统由清华大学、山东力诺瑞特新能源有限公司设计建造,已实际运行了15个多月。


  据了解,课题研究目标与创新点是基于“十一五”期间的研究成果,研制低成本的全玻璃中温太阳能真空集热管,将长期工作温度由150℃提高至170℃。研制开发可与建筑结合、安全可靠,热性能符合太阳能供热、空调需求的中温太阳能集热器,相应工作温度可达170℃,并进行示范性应用。


  太阳能中温集热管的研究内容包括:完善高效中温太阳能选择性吸收涂层制造工艺,解决太阳能选择性吸收涂层稳定工作在300℃以上的问题;由于中温太阳能集热管的使用寿命随工作温度的升高会大幅度下降,需要通过改进吸气剂的使用及真空排气工艺与设备实现使用寿命达到15年以上的要求;研究集热管罩玻璃管的溶胶-凝胶增透技术,使罩玻璃管太阳透射比提高至0.94(AM1.5);通过以上工作实现将中温太阳能集热管工作温度由150℃提高至160-170℃,且使用寿命维持不变。


  太阳能中温集热器的研究内容包括:研究复合抛物面反射镜(CPC),尽可能增加有效集热面积;高效中温太阳能集热器在系统设计上难度大大增加,考虑的因素也不尽同,需要优化结构设计、改变导热工质,提高传热效率、想方设法减少集热与传热各个环节的热损,增加高效的保温措施,重新考虑集热器中除集热管之外的配件设计与选择,满足在中温条件下的使用要求。


  依据课题建造的“北京中温太阳能蒸汽系统”由全玻璃中温真空管太阳能集热器、蒸汽发生器、循环系统、控制系统等组成。全玻璃中温真空管太阳能集热器采光面积共48平方米,蒸汽发生器功率为17kW,设计蒸汽量20kg/h,蒸汽温度为110-160℃。以导热油作为传热工质加热蒸汽发生器内的水直接产生蒸汽,供旗舰集团职工食堂用于蒸笼,替代电加热器。系统采用手动、自动控制两种运行模式,可实现全自动运行,配置耐高温传感器,自动采集系统运行的温度、流量、太阳辐照、环境温度等参数。


  实验数据显示:


  中温集热器在晴好天气条件下(8h日太阳辐照量在17MJ/㎡以上),集热器工作温度可达到160℃-180℃,个别条件下高于180℃。


  据测算,该太阳能中温蒸汽系统在160℃以上温度运行时,集热器阵列瞬时效率达到40%以上。以3-11月份北京地区平均太阳辐照量17.089MJ/㎡数据计算,系统平均每天可提供的能量约为139MJ,相当于38.6 kWh电量,除去系统自身耗电,该中温太阳能蒸汽系统可为原电蒸汽锅炉节电56.3%。


  课题组未来将继续在温差控制、蒸汽存储和系统保温、提高换热效率方法、智能控制等方面继续进行更深入的研究。


  据工厂负责人介绍,该系统自2014年4月16日交付使用以来,在正常天气情况下,可为在职工食堂就餐的30多位员工提供一日两餐的米饭和馒头。评审专家在当日午餐时就品尝了该系统的产品——“太阳能蒸馒头”,感觉别有一番滋味。