[发明专利]太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统及其淡化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用装置，特别涉及一种将太阳能烟囱和风车综合利用的海水及苦咸水淡化的新型系统。

背景技术

淡水是人类社会赖以生存和发展的物质基础之一。随着我国国民经济和工农业生产的迅速发展，各地用水量和需水量还再不断增加，水资源供求矛盾将日益尖锐。除此之外，我国淡水资源的分布又极不平均，在西部内陆地区存在大量荒漠和半荒漠地区，这些地区雨量稀少，严重缺水，不少水源含盐量较高，不能直接饮用，也不能供工农业利用。而在我国东部沿海，一些岛屿和沿海盐碱地区也均属淡水缺乏地区。这些地区淡水供应则主要依靠自然降雨的收集或船只从外地装运，不仅成本高，而且淡水补给十分有限，远远不能满足当地居民的生活以及国防、科研观测考察以及旅游开发等方面需求。因此，水资源短缺问题在我国可持续发展战略、西部及沿海岛屿的开发与利用、维护海上领土主权等方面将日益突出。为了增加淡水的供应，缓解用水紧张的局面，一条重要的解决途径就是对海水或苦咸水实施淡化，但由于淡化要消耗大量的能源，同时还会造成大量温室气体的排放，因此利用可再生能源驱动淡化将会越来越受到人们的青睐。

在太阳能蒸馏系统中，提高其产水率和经济性将具有长远的现实意义。传统的被动式太阳能蒸馏器由于产水量过低，因此大大限制了其应用范围。尽管在后来的主动式太阳能蒸馏系统中，配备了太阳能集热器，如平板集热器、槽形抛物面或真空管等，提高了其单位采光面积的产水量，但另一方面也使得单位产量的设备投资也再相应增加。

太阳能烟囱技术是在1978年由德国斯图加特大学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，在1982年西班牙Manzanres建成了世界上第一座太阳能烟囱发电站。这座试验性电站的烟囱高度为195m，烟囱直径为10.13m，集热棚覆盖区域的直径约为242m，集热棚的面积约为46000m²。试验证明该系统运行安全可靠，其在白天的最高输出功率可为100kW，在夜间的输出功率也可达到40kW左右。自德国首个太阳能烟囱电站建成之后，许多国家对这种简洁而且环保的发电方式表现出了浓厚的兴趣，相继开展了一系列相关的技术研究。然而，由于该系统所形成的热风能量品位较低，同时受到风力透平工作效率的限制，因此太阳能烟囱发电的实际能量转化效率很低，一般只有1％左右。

例如，公开号是CN101358578，其公开日是2009年2月4日的中国发明专利申请公开了一种利用太阳能进行烟囱发电及海水淡化的装置，包括太阳能烟囱、透明集热棚、太阳能蒸馏池、涡轮发电机组，透明集热棚覆盖在支撑组上，位于太阳能烟囱与透明集热棚连接处的太阳能烟囱内设置涡轮发电机组；位于透明集热棚的下方设置太阳能蒸馏池和岩石蓄热层，太阳能蒸馏池的上端斜向设置透明盖板，太阳能蒸馏池的下端分别连接海水输入管、盐水输出管、淡水输出管。利用该结构太阳能烟囱进行海水淡化存在的不足之处是：此装置依然是通过受热面来加热蒸发海水，由于海水的受热面积有限且热容量较大，因此蒸馏池内海水的蒸发温度没有明显提升；在太阳能蒸馏池内，水蒸气也仍是依靠自然对流的换热模式，因此水蒸气的冷凝速率也受到了较大的限制，装置的实际能量转化效率低，淡水产量有限。

而就我国而言，在西部内陆和东部沿海岛屿地区蕴藏着丰富的太阳能和风能资源。因此，目前急需开发一种能够充分利用当地丰富的可再生能源服务于海水或苦咸水淡化的系统。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种太阳能烟囱与风车综合利用的蒸馏淡化系统，其目的是利用风车为淡化提供输水动力并使源水雾化，利用太阳能烟囱所形成的热风来蒸发雾化后的源水。通过将风车与太阳能烟囱集成建造，实现了两者结构与功能的一体化，以及风能与太阳能之间的优势互补。与传统的可再生能源淡化设备相比，本发明具有更高的能源使用效率和系统可靠性。