天大分布式太阳能光热驱动多联供技术,创新贯通产学研全链条

时间:2019-10-10 17:49来源:国家光热联盟
  分布式能源系统在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术,它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点,受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐;多联供是一种多能源输出系统,它主要强调在能源综合梯级利用原理指导下,实现不同热力系统的合理匹配与组合。太阳能作为最具发展前景的可再生能源技术,与多联供技术相结合,将成为能源的清洁化和可持续化的有效利用途径之一。中国可再生能源学会太阳能热发电专委会委员、天津大学赵力教授等完成的“分布式太阳能光热驱动多联供关键技术及应用”项目就是耦合多项专利技术,建成了太阳能冷、热、电及海水淡化四联供中试系统项目,得到了国内外同行专家好评;同时也得到太阳能热发电专家、中国科学院电工研究所研究员王志峰博士为首的业界专家认定。该技术在天津市科委组织的鉴定中被评为定“技术水平国际领先”,而且荣获了“中国可再生能源科技创新论坛”颁发的“科学技术进步奖二等奖”。
  “分布式太阳能光热驱动多联供关键技术及应用”课题由赵力教授作为负责人,天津大学、上海汉钟精机股份有限公司作为主要完成单位。课题提出了以太阳能作为驱动热源、采用自复叠有机朗肯循环、可同时实现冷、热、电和海水淡化多联供的系统,并进行了系统配置的优化;并在天津大学滨海工业研究院中建成了太阳能驱动分布式复合功能系统,包括1090平方米太阳能槽式集热器,200kW ORC发电机,制冷量124kW吸收式溴化锂制冷机组,产水量每小时1吨的三效闪蒸海水淡化机组,能满足1500平方米建筑的冷负荷、10000平方米建筑的热负荷。
图:天津大学200kW级有机朗肯循环太阳能热发电技术实验基地
  太阳能光热供能分为集中式和分布式。集中式供能的输出能源形式单一、占地面积大,适合于太阳能资源丰富西北部地区;在广大的中东部地区,适合供能形式多样、面积小、布置灵活的分布式供能,但却面临着缺乏中试系统、没有国家级示范项目的窘况;存在三个“不”:不建、不高、不明的挑战。
图:分布式太阳能多联供系统面临的挑战
  为此,天津大学赵力教授团队依托中低温热能高效利用教育部重点实验室,针对太阳能光热驱动冷热电海水淡化四联供系统的关键技术,天津大学解决了循环升维构建技术路线,自复叠/多级朗肯循环,工质蒸发/冷凝/膨胀热力过程优选方法,基于分子基团的工质设计,优选纯工质库开发及循环耦合技术等实质性关键问题。在研究过程中,赵力教授课题组对撞击式/顺流式T形管开展了大量工作,发明了基于非共沸工质的高效热力循环,并提出了面向太阳能多联供系统关键技术的多联供系统耦合方案。形成了我国自主的分布式太阳能多联供核心技术,并率先实现技术辐射与工程应用。项目的三大创新性——循环升维构建、工质解耦优选和中试应用系统依次解决了“不高”、“不明”和“不建”的问题。
图:项目创新点
表:主要项目列表
图:动力循环ORC机组
图:更低的热源温度下,具有相对更高的循环效率
图:技术路线
图:耦合技术及中试系统
表:集成技术数据对比
  该系统已于2016年6月投入运行; 2010-2016年间,全球投产20余套,总装机容量达到2300kW;关键技术出口泰国、菲律宾等国外市场,累计为国家创收外汇超过1000万元;2017年4月经鉴定委员会专家评审认定,“本科技成果科学价值和意义重要,技术创新程度很高,应用和推广程度、经济和社会效益较高,具备国际领先水平”。地热能源中心主任、澳大利亚昆士兰大学Halim Gurgenci教授引用了循环升维构建理论下的自复叠ORC研究,对该研究成果的先进性给予了充分肯定;工程热力学和输运过程委员会(LTTT)主任、德国拜罗伊特大学Dieter Bruggemann教授引用了该研究成果中非共沸工质在太阳能ORC中的实验研究结果作为其模拟结果的验证;美国内华达大学Yitung Chen教授则其引用太阳能ORC配置实验的研究,测试了平板及真空管、滚动活塞膨胀机、回热器等配置下循环的性能。而该系统填补了中试应用空白,建成国际首套示范系统;获国际可持续能源技术协会2017年发电技术创新奖。

图:2017年7月,意大利博洛尼亚,国际可持续能源技术协会(WSSET)主席、英国诺丁汉大学工学院SaffaRiffat教授亲自颁奖

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