[发明专利]一种应用于太阳能发电系统的地源冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地源冷却装置，尤其涉及太阳能发电系统的地源冷却装置。

背景技术

地球表面常年接收太阳能的辐射，总量大约为2.6X1024J,其中大约50%被地球吸收，一半能量以长波形式辐射出去，余下的成为水循环、空气循环、植物生长的动力，使得地表面通常在15℃左右。地球按照温度的变化特性，地球表面的地壳层可以分为三个带，即：可变温度带、恒温带和增温带；可变温度带，由于受太阳辐射的影响，其温度有着昼夜、年份、世纪甚至更长的周期性变化，其厚度一般为15~20m；恒温带中温度变化幅度几乎为零，其深度一般在20-30m。

热泵技术的概念最早是英国人首先提出来的，1852年汤姆森发表的一篇论文描述了一种连接压缩机和膨胀机的装置，可用来向建筑采暖或供冷；利用地埋换热管换热器的地源热泵的历史最早可以追溯到1912年瑞士佐伊利（H.Zoelly）的一个专利中，但该技术的真正应用却在1950年左右，美国和英国分别研究了利用地下盘管作为热源的家庭用热泵。

随着太阳能等可再生能源利用在全世界蓬勃发展，太阳能聚热发电（CSP）逐步为人们所认识，在CSP体系常规岛汽轮机部分中，冷却系统占有很大一部分的建设资本，大约占总成本的15%左右，且运行费用很高；在我国太阳能资源丰富的地方，大多为水资源贫瘠的沙漠地区，无法使用水冷系统，只能采用空冷系统对汽轮机进行冷却，无论是直接空冷，还是间接空冷电厂，经过几十年的运行实践，证明均是可行的。但不排除空冷系统在运行中，存在种种原因引发的问题，如严寒、酷暑、大风、系统设计不够合理、运行管理不当等。这些问题有的已得到解决，从国内已投运的200MW空冷机组运行实践证明了这一点。从运行电站空冷系统比较，直接空冷系统具有主要特点：(1)背压高；(2)由于强制通风的风机，使电耗大；(3)强制通风的风机产生噪声大；(4)钢平台占地，要比钢筋混凝土塔为小；(5)效益要比间接冷却系统大30％左右，散热面积要比间冷少30％左右；（6）造价相对经济，但整体仍然很高。

另外光伏转换效率与光伏电池自身的温度也有着密切的关系，当自身的温度逐步升高时，光伏转化效率也持续走低；该特性特别显著出现在聚光光伏（CPV）应用领域中，CPV接收高倍的太阳光线，需要良好的自身温度的冷却，否则效率会急剧下降，甚至光伏电池都会被自身的高温烧坏。光伏系统特别是聚光光伏系统中，也需要低成本、高可靠的散热系统。

因此开发一种利用地源热泵将热量释放到地表，再向环境中缓慢放热，达到低成本高效率将太阳能CSP发电系统中产生的多余热量释放的技术，该技术具有重要意义，以克服空冷技术的带来的CSP建设成本高、运行不稳定、维护不方便，损耗大的缺点。

发明内容

根据资料分析，地表面接收的太阳光总热量主要包括地表漫反射辐射热量和土壤吸收热量；土壤吸收的热量通过地表长波辐射、水对流、空气对流、植物生长所需吸收热量达到热量的平衡，使得地表温度年平均温度在15℃左右；上述可以粗略推断地表释放热量的能力相当巨大，且在阴影区域，因无太阳光入射地表，地表辐射热量与环境达到新的平衡，使得地表的平均温度将长期小于15℃；另外，表层土壤具有巨大的质量，从而具有巨大的热储量和温度惯性。如此利用在阴影区域的地表巨大储热、散热能力，本发明提出一种可应用于太阳能发电系统的地源冷却装置，以克服现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种应用于太阳能发电系统的地源冷却装置，包括循环介质、地下循环冷却系统，其特征在于，所述地下循环冷却系统布置于地表以下，通过地表以下的土壤对循环介质带来的热量进行吸收，通过地表向环境释放热量，达到降低循环介质温度的目的。

进一步地，所述地源冷却装置中还包括双回路换热系统，实施双回路冷却循环；所述双回路换热系统将进入第一回路的第一循环介质热源进行冷凝冷却，其放出的热量被在第二回路中循环的第二循环介质冷源带走，流经所述地下循环冷却系统时由地表以下的土壤吸收并向环境释放。

进一步地，所述地源冷却装置应用于光热发电系统，所述循环介质为汽轮机组热力循环工质水-蒸汽，对汽轮机组排汽进行冷凝冷却。

优选地，所述地源冷却装置应用于光热发电系统时，采用所述双回路换热系统，在汽轮机做功完毕排放出的蒸汽进入第一回路进行冷凝冷却，其放出的热量被在第二回路中循环的第二循环介质冷源带走，流经所述地下循环冷却系统时由地表以下的土壤等物质吸收并向环境释放。

进一步地，所述地源冷却装置应用于光伏发电系统，用所述循环介质直接或间接对光伏电池进行循环冷却。