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塔式太陽能高低溫互補發電系統

  • 專利類型:外觀專利
  • 有效期:2020-04-15至2022-04-15
  • 發布日期:2020-04-16
  • 技術成熟度:
交易價格: ¥面議
  • 法律狀態核實
  • 簽署交易協議
  • 代辦官方過戶
  • 交易成功

專利推薦

  • 申請號 CN201510055660.4 
  • 公開號 CN104612920B 
  • 申請日 2015/02/03 
  • 公開日 2017/06/09 
  • 申請人 攀枝花學院  
  • 優先權日期  
  • 發明人 余華陽 黃雙華 劉黔蜀 張樹立 徐眾 吳恩輝  
  • 主分類號 F03G6/06 
  • 申請人地址 617000 四川省攀枝花市東區機場路10號 
  • 分類號 F03G6/06 
  • 專利代理機構 成都希盛知識產權代理有限公司 51226 
  • 當前專利狀態 發明專利授權公告 
  • 代理人 何強 
  • 有效性 授權 
  • 法律狀態 發明專利授權公告
  •  
  • 01

    項目簡介

    本發明公開了一種塔式太陽能高低溫互補發電系統,屬于太陽能應用領域,包括高溫發電系統和低溫補償系統,高溫發電系統包括高塔、設置在高塔頂端的太陽能接收器、汽輪發電機、凝汽器和定日鏡,定日鏡將太陽光反射到太陽能接收器上,太陽能接收器將接收到的太陽光轉變為高溫熱能;低溫補償系統包括太陽能低溫集熱器、熱泵、蒸汽發生器和蒸汽增壓泵;太陽能低溫集熱器或太陽能低溫集熱器與熱泵共同作用為蒸汽發生器提供熱能生產低溫蒸汽,低溫蒸汽通過蒸汽增壓泵壓送到太陽能接收器,太陽能接收器將低溫蒸汽加熱為過熱蒸汽,過熱蒸汽進入汽輪發電機做功發電,凝汽器與汽輪發電機連接。既大幅提高太陽能利用效率又大幅減少投資和運行成本,節約用地。
    展開
  • 02

    說明書

    技術領域本發明涉及太陽能應用領域,尤其涉及太陽能高溫熱發電系統。背景技術現有技術中的塔式太陽能高溫熱發電系統是采用若干定日鏡將太陽光反射聚焦到幾百米高的鐵塔頂端的接收器上獲得上千度高溫,以加熱熔鹽儲能,再經過熱交換器使水成為過熱蒸汽進入汽輪發電機發電,或鐵塔頂端的接收器直接把水加熱成為過熱蒸汽進入汽輪發電機做功發電。塔式電站單機容量可做到百萬千瓦,被業界認為是最有希望的替代能源?,F有技術中的,塔式太陽能高溫熱發電系統存在以下缺點:1、所采用的若干面自動跟蹤太陽的定日鏡造價高;2、由于散射光不聚焦,只能利用太陽的直射光,因此,太陽能利用效率較低;3、為減少在太陽高度角偏低后定日鏡之間的相互遮擋,鏡與鏡之間的距離大,百萬千瓦以上的電站需占用很多的土地,而且,要基本在一個平面上,占地面積太大,土地成本高;因此,塔式太陽能高溫熱發電系統由于投資大,成本高,效率低而遲遲尚未商業化,要使其得到商業化利用,還需有更大的改進。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種能有效提高太陽能利用效率、節省用地、并大幅度降低系統投資和運行成本的塔式太陽能高低溫互補發電系統。本發明解決其技術問題所采用的塔式太陽能高低溫互補發電系統,包括高溫發電系統和低溫補償系統,所述高溫發電系統包括高塔、設置在高塔頂端的太陽能接收器、汽輪發電機、凝汽器和定日鏡,所述定日鏡將太陽光反射到所述太陽能接收器上,所述太陽能接收器將接收到的太陽光轉變為高溫熱能;所述低溫補償系統包括太陽能低溫集熱器、熱泵、蒸汽發生器和蒸汽增壓泵;所述太陽能低溫集熱器或所述太陽能低溫集熱器與所述熱泵共同作用為所述蒸汽發生器提供熱能生產低溫蒸汽,所述蒸汽增壓泵用于壓送低溫蒸汽,所述太陽能接收器將所述低溫蒸汽加熱為過熱蒸汽,所述過熱蒸汽進入所述汽輪發電機做功發電,所述凝汽器與所述汽輪發電機連接。進一步的,所述太陽能低溫集熱器與儲熱箱連接,所述太陽能低溫集熱器和所述儲熱箱之間通過傳熱介質構成一個循環回路;所述熱泵與熱管并聯在所述儲熱箱與所述蒸汽發生器之間;所述熱泵包括壓縮機、冷凝器、節流器和熱泵蒸發器,所述壓縮機、冷凝器、節流器和熱泵蒸發器串聯構成一個循環回路;所述熱管包括蒸發段和冷凝段;所述熱泵蒸發器和所述熱管的蒸發段設置在所述儲熱箱內,所述冷凝器和所述熱管的冷凝段設置在所述蒸汽發生器內。進一步的,所述太陽能低溫集熱器為平板集熱器或真空管集熱器。進一步的,所述凝汽器的出水端通過水泵連接到蒸汽發生器。進一步的,還包括第一儲能罐、第二儲能罐、第一換熱器、第二換熱器、第一介質輸送泵、第三介質輸送泵和第二介質輸送泵;所述第二換熱器設置在蒸汽發生器;所述第一儲能罐的一端與太陽能接收器連接,另一端通過三通管分別與第一介質輸送泵一端、第二介質輸送泵的一端連接,所述第二介質輸送泵的另一端與第二換熱器的一端連接,所述第一介質輸送泵的另一端與第一換熱器的一端連接,所述第一換熱器的另一端通過三通管分別與第二儲能罐的一端、所述第二換熱器的另一端連接,所述第二儲能罐的另一端通過第三介質輸送泵與太陽能接收器連接;第一換熱器的一端還與蒸汽增壓泵,另一端還與汽輪發電機連接。進一步的,所述凝汽器的出水端通過水泵連接到蒸汽發生器。進一步的,所述傳熱介質為導熱油或空氣。進一步的,所述太陽能接收器的受光面在底面,所述底面為向上凹進去的黑體空腔,所述定日鏡將太陽光反射到所述太陽能接收器的黑體空腔。本發明的有益效果是:采用高效廉價的太陽能低溫集熱器,例如,全玻璃真空管或平板集熱器,既能利用太陽的直射光又能利用散射光,其效率比只能利用直射光的定日鏡高30%以上,而制作成本、使用壽命及運行成本均不到定日鏡的一半;用太陽能低溫集熱器獲取的熱能與熱泵結合為蒸汽發生器提供熱能,把水汽化為低溫蒸汽,低溫蒸汽含汽潛熱進入太陽能接收器,每一克水成為過熱蒸汽需約800多卡的熱量,水的汽化潛熱為每克540卡,每克水從常溫20加熱到100度約需80卡熱量,太陽能低溫集熱器與熱泵結合使用已給每克水蒸汽提供了約600卡的熱量,約占蒸汽能耗的2/3,用廉價的太陽能低溫集熱器與熱泵結合可替代2/3的定日鏡,這可大大減少塔式太陽能高溫熱發電系統的投資,用太陽能低溫集熱器生產低溫蒸汽,取代大部份定日鏡,既大幅提高太陽能利用效率又大幅減少投資和運行成本,節約用地。附圖說明圖1是本發明的一種實施例的結構示意圖;圖2是本發明的另一種實施例的結構示意圖;圖中所示:太陽能低溫集熱器1、儲熱箱2、壓縮機3、冷凝器4、節流器5、熱泵蒸發器6、熱管7、蒸汽發生器8、蒸汽增壓泵9、太陽能接收器10、水泵11、高塔12、汽輪發電機13、凝汽器14、定日鏡15、第一儲能罐16、第二儲能罐17、第一換熱器18、第二換熱器19、第一介質輸送泵20、第三介質輸送泵21、第二介質輸送泵22。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1所示,本發明的塔式太陽能高低溫互補發電系統,包括高溫發電系統和低溫補償系統,所述高溫發電系統包括高塔12、設置在高塔12頂端的太陽能接收器10、汽輪發電機13、凝汽器14和定日鏡15,所述定日鏡15將太陽光反射到所述太陽能接收器10上,所述太陽能接收器10將接收到的太陽光轉變為高溫熱能;所述低溫補償系統包括太陽能低溫集熱器1、熱泵、蒸汽發生器8和蒸汽增壓泵9;所述太陽能低溫集熱器1或所述太陽能低溫集熱器1與所述熱泵共同作用為所述蒸汽發生器8提供熱能生產低溫蒸汽,所述蒸汽增壓泵9用于壓送低溫蒸汽,所述太陽能接收器10將所述低溫蒸汽加熱為過熱蒸汽,所述過熱蒸汽進入所述汽輪發電機13做功發電,所述凝汽器14與所述汽輪發電機13連接。用太陽能低溫集熱器1獲取的熱能或用太陽能低溫集熱器與熱泵共同作用為蒸汽發生器8提供熱能把水汽化為低溫蒸汽,即:當太陽照度強的時候,通過太陽能低溫集熱器1供熱;當太陽能不足時,再接通熱泵的電源,通過熱泵與太陽能低溫集熱器1共同作用保持蒸汽發生器8里面的溫度,維持蒸發量;這既充分利用太陽能,又保證系統穩定運行。低溫蒸汽用蒸汽增壓泵9壓送到太陽能接收器10,太陽能接收器10接收來自于定日鏡15的聚焦太陽光轉變成上千度高溫熱能,把低溫蒸汽加熱為過熱蒸汽,過熱蒸汽進入汽輪發電機13做功發電,過熱蒸汽經所述汽輪發電機13做功發電后變成乏汽,乏汽經凝汽器冷凝后形成冷凝水,冷凝水可以直接排除,也可以循環利用。采用高效廉價的太陽能低溫集熱器,例如,全玻璃真空管或平板集熱器,既能利用太陽的直射光又能利用散射光,其效率比只能利用直射光的定日鏡30%以上,而制作成本、使用壽命及運行成本均不到定日鏡的一半;每一克水成為過熱蒸汽需約800多卡的熱量,水的汽化潛熱為每克540卡,每克水從常溫20加熱到100度約需80卡熱量,太陽能低溫集熱器已給每克水蒸汽提供了約600卡的熱量,約占蒸汽能耗的2/3,用廉價的太陽能低溫集熱器與熱泵結合使用可替代2/3的定日鏡,這可大大減少塔式太陽能高溫熱發電系統的投資,用太陽能低溫集熱器生產低溫蒸汽,取代大部份定日鏡,既大幅提高太陽能利用效率又大幅減少投資和運行成本,節約用地。所述太陽能低溫集熱器1與熱泵結合應用有多種連接方式,作為本發明的一種實施方式,所述太陽能低溫集熱器1與儲熱箱2連接,所述太陽能低溫集熱器1和所述儲熱箱2之間通過傳熱介質構成一個循環回路;所述熱泵與熱管7并聯在所述儲熱箱2與所述蒸汽發生器8之間;所述熱泵包括壓縮機3、冷凝器4、節流器5和熱泵蒸發器6,所述壓縮機3、冷凝器4、節流器5和熱泵蒸發器6串聯構成一個循環回路;所述熱管7包括蒸發段和冷凝段;所述熱泵蒸發器6和所述熱管7的蒸發段設置在所述儲熱箱2內,所述冷凝器4和所述熱管7的冷凝段設置在所述蒸汽發生器8內。設置在儲熱箱2里面的熱泵蒸發器6的一端連接到壓縮機3的一端,壓縮機3的另一端連接到設置在蒸汽發生器8里面的冷凝器4的一端,冷凝器4的另一端經節流器5回到熱泵蒸發器6的另一端。太陽能低溫集熱器1和所述儲熱箱2之間的傳熱介質為導熱油或空氣,太陽能照度強的時候,通過太陽能低溫集熱器1供熱,太陽能低溫集熱器1接收的太陽熱能可把傳熱介質的溫度加熱到高于100度,用熱管7可將儲熱箱2的熱能高效傳遞給蒸汽發生器8;當太陽能不足時,接通熱泵的壓縮機3的電源,通過熱泵與太陽能低溫集熱器1共同作用保持蒸汽發生器8里面的溫度,維持蒸發量。作為優選的實施方式,如圖2所示,本發明的塔式太陽能高低溫互補發電系統,還包括第一儲能罐16、第二儲能罐17、第一換熱器18、第二換熱器19、第一介質輸送泵20、第三介質輸送泵21和第二介質輸送泵22;所述第二換熱器19設置在蒸汽發生器8;所述第一儲能罐16的一端與太陽能接收器10連接,另一端通過三通管分別與第一介質輸送泵20一端、第二介質輸送泵22的一端連接,所述第二介質輸送泵22的另一端與第二換熱器19的一端連接,所述第一介質輸送泵20的另一端與第一換熱器18的一端連接,所述第一換熱器18的另一端通過三通管分別與第二儲能罐17的一端、所述第二換熱器19的另一端連接,所述第二儲能罐17的另一端通過第三介質輸送泵21與太陽能接收器10連接;第一換熱器18的一端還與蒸汽增壓泵9,另一端還與汽輪發電機13連接。所述第一儲能罐16和第二儲能罐17內均存儲有儲能介質,所述第一儲能罐16為熱罐,所述第二儲能罐17為冷罐,所述第二儲能罐17內的儲能介質通過第三介質輸送泵21壓送到太陽能接收器10,所述太陽能接收器10將儲能介質加熱后存儲到第一儲能罐16內,第一儲能罐16內的儲能介質通過第一介質輸送泵20輸送到第一換熱器18,通過第一換熱器18將從蒸汽增壓泵9過來的低溫蒸汽加熱成為過熱蒸汽,過熱蒸汽進入所述汽輪發電機13做功發電;儲能介質經過第一換熱器18換熱后進入第二儲能罐17;所述第一儲能罐16內的儲能介質通過第二介質輸送泵22輸送到第二換熱器19,通過第二換熱器19換熱為所述蒸汽發生器8提供熱能生產低溫蒸汽,儲能介質經過第二換熱器19換熱后進入第二儲能罐17。這樣,當太陽照度強的時候,通過太陽能接收器10將儲能介質加熱后存儲到第一儲能罐16內,當太陽照度弱的時候,通過第一換熱器18、第二換熱器19換熱,通過第一換熱器18換熱為所述蒸汽發生器8提供熱能生產低溫蒸汽,通過第二換熱器19換熱將低溫蒸汽加熱成為過熱蒸汽,這樣在太陽能很低甚至在沒有太陽能的時候,也能通過釋放第一儲能罐16內的儲能而發電。所述第一介質輸送泵20、第三介質輸送泵21和第二介質輸送泵22用于輸送儲能介質,所述儲能介質可以是熔融鹽,例如:硝酸鉀與硝酸鈉的混合物。所述太陽能低溫集熱器1為平板集熱器或真空管集熱器,所述平板集熱器可以為金屬板芯平板集熱器、全玻璃真空平板集熱器、黑瓷太陽能平板集熱器等;所述真空管集熱器可以為全玻璃真空管集熱器、真空管銅管集熱器和真空管熱管集熱器等。作為優選的實施方式,所述凝汽器14的出水端通過水泵11連接到蒸汽發生器8,從而實現水的循環利用。為了進一步提高太陽能的利用率,減少太陽能接收器10的熱量損失,作為優選的實施方式,所述太陽能接收器10的受光面在底面,所述底面為向上凹進去的黑體空腔,所述定日鏡15將太陽光反射到所述太陽能接收器10的黑體空腔。
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