利用太阳能烟囱抽取地下水的技术

太阳能项目

世界新能源-太阳能网　2006-8-24　访问人数:　【字体：小大】

动，进入集热棚中部的烟囱。实际应用的烟囱一般采用钢筋混凝土结构，以保证一定的强度和防风抗震性能。上升的气流在烟囱中加速上升，推动安装在烟囱底部的涡轮机旋转，并通过机械传动带动曲轴取的地下水通过过滤器被提升到高位水塔中。高位水塔中的水通过喷淋设施清洗集热棚表面的灰尘，也可以输送到远处。

最简单常见的活塞水泵是由１个圆形水管外筒和１个活塞组成。圆管底部设进水口，并安装有过滤器，在圆管的顶部设出水口，活塞上装有一个单向活门。当活塞处于向下行程时，圆管底部的活门关闭，活塞上的活门被水的压力冲开而流入活塞以上部位。当活塞处于向上的行程时，活塞活门受上部水的压力而关闭，圆管底部的单向活门被吸开，水进入到圆管内，活塞活门上部的水就被提升到其顶部的水管中。只要太阳能烟囱有足够的功率，就可以把地下水抽到水塔内或输送到很远的地方。一个太阳能烟囱提水装置所需的功率大小，主要考虑抽水、输水的扬程和管道内的摩擦阻力损失两部分。该系统的抽水泵，可选用活塞泵，还可以选用薄膜泵。
太阳能烟囱直接抽取地下水的实例分析

烟囱高１００ｍ，集热棚直径１５０ｍ，预计能产生１０ｋＷ以上的驱动功率。假设地下水位深４５ｍ，太阳能集热棚离地高度为８ｍ，修建高位水塔离地面高度为１５ｍ，沿水平方的距离为９０ｍ；输水管道为直径５０ｍｍ的钢管；水泵效率为７０％。抽水和输送所需的功率主要由扬程和管道内的摩擦阻力损失所决定，可以按照下面公式进行计算。

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    Ｐ＝９８１１（Ｈｗ＋Ｈｆ）Ｑ/Ep          （１）
    式中Ｐ——水泵抽水的功率，Ｗ；
    Ｈｗ——抽水扬程（地上扬程和地下扬程之和），ｍ；
    Ｈｆ——摩擦阻力扬程，ｍ；
    Ｑ——抽水的平均流量，ｍ３/ｓ；
    Ｅｐ——水泵效率，％。

摩擦阻力扬程由各段管道长度、管径以及弯头个数确定，可以用下面经验公式计算。

    Ｈｆ＝ξ（Ｌ＋４Ｎ）              （２）
    式中：Ｈｆ——摩擦阻力扬程，ｍ；
    ξ——水头损失系数（根据管径Ｄ和流量Ｑ从经验曲线查得），取ξ＝１；
    Ｌ——管道长度，ｍ；
    Ｎ——弯头个数，假定弯头个数为３。
    由公式（１）和公式（２）可以估算出１０ｋＷ的水泵功率能够抽取地下水的平均流量为０．００３２ｍ３/ｓ。具体的说，烟囱高为１００ｍ，集热棚直径为１５０ｍ的太阳能烟囱抽水装置，能够以１９３Ｌ/ｍｉｎ的平均流量，将４５ｍ深的地下水抽到１５ｍ高的水塔中。

结束语

    １．利用太阳能烟囱技术进行太阳能能量的转换抽取地下水，弥补了现有的光伏提水成本太高的不足，克服了风力提水受风场和地域限制的缺点。太阳能集热棚下面的地面具有蓄热功能，太阳能烟囱不但白天可以抽水工作，晚上地面释放的热能也可以维持其继续抽水。
    ２．太阳能烟囱抽水技术回避了大型太阳能烟囱发电须修建超高烟囱的难题。利用太阳能转换的热能直接通过机械传动抽取地下水。这样就可以修建中小规模的太阳能烟囱系统，消除了超高烟囱的安全隐患，提高了能量的转换效率。
    ３．实现了烟囱系统的自清洗过程。