來源:光熱聯(lián)盟 | 64評論 | 110345查看 | 2017-11-02 09:21:00
太陽爐是一種采用聚光太陽能的方式產(chǎn)生高溫熱能的裝置,一般用于工業(yè)用途。其工作原理是,定日鏡跟蹤太陽軌跡一次反射太陽光;聚光鏡將接收到的一次反射光二次反射;位于聚光鏡焦平面的實驗平臺接收聚焦光,獲得高溫。焦點處的溫度可達到3500℃。太陽爐產(chǎn)生的能量可用來發(fā)電(1000℃左右)、制氫(1400℃左右)、測試極端環(huán)境下應(yīng)用的材料,比如核反應(yīng)堆或空間飛行器再入(2500℃左右),或者生產(chǎn)碳納米管和鋅納米粒子(3500℃左右)等。
近日,由中科院電工所白鳳武博士團隊設(shè)計的我國第四個太陽爐系統(tǒng)進入調(diào)試階段,預(yù)計下周完工。據(jù)悉,該太陽爐系統(tǒng)位于秦皇島,主要作為北京化工大學進行化學實驗的熱源,系統(tǒng)主要由定日鏡和聚光鏡組成,一次反射鏡面積26平方米,二次鏡反射面積22平方米,峰值熱功率10kW,焦平面峰值聚光比1000。這是中科院電工所搭建的第4個太陽爐系統(tǒng),另外三個分別位于寧夏、北京和哈爾濱。
圖:位于北京化工大學的太陽爐
位于寧夏惠安堡鎮(zhèn)的太陽爐系統(tǒng),完成于2010年,主要用于制取氫氣,也是國家863太陽能制氫課題子課題“太陽能聚集供熱方法的研究及成套設(shè)備的開發(fā)”的成果。該系統(tǒng)由三個120平方米的正方形定日鏡、跟蹤控制系統(tǒng)、300平方米大型高精度拋物面聚光器、太陽爐和制氫系統(tǒng)組成,總功率0.3MW,是全球第三大太陽爐。峰值能流密度設(shè)計值高達10MW/平方米。該系統(tǒng)通過將平面定日鏡作為反射器把太陽光反射到對面的拋面聚光器上,經(jīng)過拋面聚光器的聚焦至焦點位置的太陽爐中心處,中心高溫高達約3000oC,該系統(tǒng)平臺與西安交通大學的反應(yīng)器接口已經(jīng)成功產(chǎn)出氫氣。
圖:中科院電工所位于寧夏的太陽爐
位于哈爾濱工業(yè)大學的太陽爐系統(tǒng),主要是服務(wù)于航天技術(shù)的高溫吸熱器和材料研究。一次反射鏡面積73.63平方米,二次鏡反射面積(開口)77.62平方米,峰值熱功率>15kW,焦平面峰值聚光比2000。
圖:位于哈爾濱工業(yè)大學的太陽爐
圖:熔鋼板過程
北京延慶中科院電工所太陽能熱發(fā)電實驗基地的太陽爐,主要用于空氣吸熱器和粒子吸熱器的熱性能測試,以及吸熱材料的耐熱實驗等。其中一次反射鏡面積35平方米,二次鏡反射面積20平方米,峰值熱功率10kW,焦平面峰值聚光比1000。
圖:位于中科院電工所延慶太陽能熱發(fā)電基地的太陽爐
國際上也有兩個太陽爐,分別位于法國的科學研究中心(CNRS)和烏茲別克斯坦物理研究所內(nèi)。
法國科學研究中心的太陽爐Odeillo位于法國比利牛斯山,開放于1970年,主要用于熔化礦石提取高純度的材料,用以制造并且改進新的耐火材料。Odeillo是由1萬面獨立的鏡子組成的,奇特的外觀發(fā)揮著巨型放大鏡的作用,在它的對面山坡上還有63個定日鏡,總共占地約2000平方米。反射鏡可以準確的把陽光反射到曲面鏡上,并聚集到焦點上來,瞬間便能產(chǎn)生高達3500℃的高溫。
圖:法國的太陽爐
烏茲別克斯坦的太陽爐是1981年5月首次開放,位于1100米海拔處。這座太陽爐任何人都可以前往參觀。整個太陽爐聚光器由10700多塊鏡子組成,聚光器的南面部分用了一種特殊的遮光劑。主拋物面反射鏡的規(guī)格尺寸是54米x54米。還有以棋盤模式呈現(xiàn)的62個定日鏡,每個定日鏡約有2層樓高。操作員在建筑物的6層進行控制,調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度——從800度到3000度。
組圖:位于烏茲別克斯坦的太陽爐