带储能的太阳热能梯级利用系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种带储能的太阳热能梯级利用系统及方法，其包括光集热器、多个用热设备；在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间，连接有第一循环油路管道；第一循环油路管道上设置有循环油泵；每个用热设备均配置有对应的阀门机构，并通过对应的阀门机构的开关状态的切换接入第一循环油路管道或者脱离第一循环油路管道。本发明具有的有益效果：可实现为用户全天候供电、供冷、供暖及供热水的需求；在阴天或光照较弱时，可充分利用电网谷电，从而起到稳定电网运行的作用；不仅可缓解我国的能源短缺，还可节约大量的化石能源，减少对环境的污染，具有较好的经济与社会效益。
【专利说明】
带储能的太阳热能梯级利用系统及方法
技术领域
[0001] 本发明设及新能源利用，具体地，设及带储能的太阳热能梯级利用系统及方法。
【背景技术】
[0002] 煤炭、石油、天然气是世界上使用量最大的、最主要的常规能源，约占总能耗的 90%。它们是不可再生能源，按照目前探明的经济可开采储量W及年开采速度，估计的可开 采年限多则数百年，少则只有几十年。
[0003] 我国是一个能源资源大国，更是一个人口大国。按人口平均的能源资源占有量来 计算，我国又是一个能源资源贫国。如何提高能源利用效率、改变能源结构对我国而言非常 重要。国家在"十=五"发展规划纲要中明确指出：加快发展风能、太阳能、生物质能、水能、 地热能，安全高效发展核电；加强储能和智能电网建设，发展分布式能源，推行节能低碳电 力调度。
[0004] 在新能源利用中，太阳能有着举足轻重的地位。由于太阳热能是有品位高低之分 的，而用户对热能品位要求差别很大。如果将高品位的热能直接用于只需低品位热能的场 合，就会造成所谓的"大材小用"，导致可用能的损失。如何在太阳热能的利用过程中尽可能 做到能级匹配，并最大限度地利用低品位热能，提高系统热效率、节约能源，是目前新能源 利用的核屯、技术所在。
[0005] 目前针对太阳热能的利用大多局限在只产生一种或二种能源，如产生热水、蒸汽 或电，运方面的专利有"太阳光热水循环系统"、"无耗水风及太阳光热能综合一体集成发电 装置"等，也有利用太阳热能进行大型发电的，如"太阳光热电槽式发电站系统"，发电功率 都在5MWW上。但利用太阳热能进行电、冷、热梯级利用系统方面的专利基本没有。
[0006] 经检索，发现如下相关检索结果。
[0007] 相关检索结果1:
[000引申请(专利）号:CN201320325560.5名称:太阳光热水循环系统 [0009]该专利文献公开了一种太阳光热水循环系统，包括:一外框，包括上、下端敞口；聚 光透镜，组设定位于上端敞口处;一可分拆式导水板组，组设定位于下端敞口处，包括:一下 板，其二间隔位置处设有进、出水口； 一上板，为具有导热性的金属板片体，上板呈组合于下 板上方且与聚光透镜呈上下间隔配置关系;一导水空间，位于下、上板之间，且与进、出水口 相连通;组合定位件，系藉W令上、下板的迭置组合状态定位;一隔热空间，设于外框内部， 隔热空间为封闭状态而能阻隔空气流动；一底部封板，组设于可分拆式导水板组的下板底 部;该专利文献称其技术方案具有方便清洗内部、有效防止热消散等优点。
[0010]技术要点比较：
[0011] 1、集热设备不同：该专利文献主要阐述一种平板集热设备，运种设备可W将太阳 热能转化为热水，热水的溫度一般在80°C W下。而本发明是通过定日跟踪弧式玻璃吸热板 采集太阳热，可将介质媒油加热至200°C。
[0012] 2、系统不同：该专利文献只设及集热系统，与本发明要解决的太阳热能梯级利用 技术问题完全不同。
[0013] 相关检索结果2:
[0014] 申请(专利)号:CN201110405550.8名称:太阳光热电槽式发电站系统
[0015] 该专利文献是有关于一种太阳光热电槽式发电站系统，该专利文献称其充分利用 太阳光反射线聚焦原理，通过槽式反射线聚焦镜组成的阵列，产生额定工质的饱和蒸汽推 动汽轮机做功发电。并且采用可W燃烧多种燃料的闪蒸锅炉系统互补，从而使得系统不但 在有太阳光时可W发电，在太阳光弱或无太阳光时也可W进行发电，同时系统在热力管路 中，汽水不分层，能够实现连续不断的自动循环，互相补充。
[0016] 技术要点比较：
[0017] 该专利文献是阐述如何利用太阳热能及燃烧多种燃料进行发电，利用太阳热能将 水加热至蒸汽状态，通过蒸汽推动汽轮机发电。而发明是利用20(TC的热媒油加热有机工 质，生成具一定压力和溫度的有机蒸汽，有机蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机 进行发电。该专利文献仅设及发电系统，而本发明要解决的是太阳热能的梯级利用，不仅可 供电，还可供冷、供热及供热水。
[001引相关检索结果3:
[0019]申请巧利）号：CN201110136404.X名称:无耗水风及太阳光热能综合一体集成发 电装置
[0020] 该专利文献公开了一种无耗水风及太阳光热能综合一体集成发电装置，该发电装 置包括建于山顶或坡顶位置的塔身装置，塔身装置上设置有转塔装置，转塔装置内设置有 垂直风道、水平风道、气流发电机和分别控制两个风道单独通风的通风控制系统，垂直风 道、水平风道单独通风来分别独立地驱动气流发电机发电。该专利文献称其设计了一种综 合利用太阳能光热和风能一体装置，具有无耗水、综合效率高W及W同一装置多用途等特 点。
[0021] 技术要点比较：
[0022] 该专利文献是阐述如何综合利用太阳能光热和风能一体装置进行发电，其原理和 本发明有本质的不同。
【发明内容】
[0023] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带储能的太阳热能梯级利用系 统及方法。
[0024] 根据本发明提供的一种带储能的太阳热能梯级利用系统，包括光集热器、多个用 热设备；
[0025] 在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间，连接有第一循环油路管道;第 一循环油路管道上设置有循环油累；
[0026] 每个用热设备均配置有对应的阀口机构，并通过对应的阀口机构的开关状态的切 换接入第一循环油路管道或者脱离第一循环油路管道。
[0027] 优选地，第一循环油路管道与所述多个用热设备的接入点，分别按照第一循环油 路管道的上游至下游方向依次排布。
[0028] 优选地，沿第一循环油路管道的上游至下游方向，第一循环油路管道上依次设置 有与融盐相变储能装置、热油型漠化裡制冷机、ORC膨胀发电机、采暖热水换热器、热水换热 器的接入点。
[0029] 优选地，阀口机构包括电动调节阀、截止阀；
[0030] 第一循环油路管道的上游处一方面通过电动调节阀连接下游处，另一方面通过截 止阀和用热设备连接下游处。
[0031] 优选地，在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间连接有第二循环油路管 道，第二循环油路管道上设置有电油炉和截止阀。
[0032] 优选地，在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间连接有旁通油路管道； 旁通油路管道上设置有截止阀；
[0033] 用热设备包括融盐相变储能装置；
[0034] 沿第一循环油路管道的上游至下游方向，旁通油路管道的一端与第一循环油路管 道的连接点、融盐相变储能装置、旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点依 次排布；
[0035] 在第一循环油路管道上，旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点通 过截止阀连接至光集热器的介质媒油入口。
[0036] 优选地，还包括低位油罐、定压油累、定压罐；
[0037] 第一循环油路管道的一接入点连接定压罐，并通过定压油累连接低位油罐。
[0038] 根据本发明提供的一种上述的带储能的太阳热能梯级利用系统的使用方法，包 括：
[0039] 将所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备接入第一循环油路管道。
[0040] 优选地，包括：
[0041] 对所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备，在接入、脱离第一循环油路管 道之间进行切换。
[0042] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0043] 1)通过系统内设备的工艺串联及阀口机构的相应控制，可实现为用户供电、供冷、 供暖及供热水的需求。
[0044] 2)通过增加储能装置及电油炉，实现全天候供电、供冷、供暖及供热水。
[0045] 3)在阴天或光照较弱时，可充分利用电网谷电，从而起到稳定电网运行的作用。
[0046] 4)该系统若能大力推广，不仅可缓解我国的能源短缺，还可节约大量的化石能源， 减少对环境的污染，具有较好的经济与社会效益。
【附图说明】
[0047] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0048] 图1为带储能的太阳热能梯级利用系统的结构示意图。
[0049] 图中；
[(K)加 ]
[0化1 ]
【具体实施方式】
[0052] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变化和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0053] 如图1所示，根据本发明提供的一种带储能的太阳热能梯级利用系统，包括光集热 器1、多个用热设备;在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间，连接有第一循环油 路管道;第一循环油路管道上设置有循环油累11;每个用热设备均配置有对应的阀口机构， 并通过对应的阀口机构的开关状态的切换接入第一循环油路管道或者脱离第一循环油路 管道。其中，用热设备接入第一循环油路管道，是指，介质媒油流经用热设备W向用热设备 提供热能；用热设备脱离第一循环油路管道，是指，介质媒油不流经用热设备，而是直接流 下第一循环油路管道的下游。
[0054] 第一循环油路管道与所述多个用热设备的接入点，分别按照第一循环油路管道的 上游至下游方向依次排布。沿第一循环油路管道的上游至下游方向，第一循环油路管道上 依次设置有与融盐相变储能装置3、热油型漠化裡制冷机4、0RC膨胀发电机5、采暖热水换热 器6、热水换热器7的接入点。阀口机构包括电动调节阀、截止阀；不同的用热设备分配配备 有对应的电动调节阀、截止阀，例如，热油型漠化裡制冷机4对应于第六截止阀22和第一电 动调节阀。第一循环油路管道的上游处一方面通过电动调节阀连接下游处，另一方面通过 截止阀和用热设备连接下游处。
[0055] 进一步地，在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间连接有第二循环油路 管道，第二循环油路管道上设置有电油炉2和截止阀。在光集热器的介质媒油出口与介质媒 油入口之间连接有旁通油路管道;旁通油路管道上设置有截止阀；用热设备包括融盐相变 储能装置3;沿第一循环油路管道的上游至下游方向，旁通油路管道的一端与第一循环油路 管道的连接点、融盐相变储能装置3、旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点 依次排布;在第一循环油路管道上，旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点 通过截止阀连接至光集热器的介质媒油入口。
[0056] 所述带储能的太阳热能梯级利用系统，还包括低位油罐8、定压油累9、定压罐10; 第一循环油路管道的一接入点连接定压罐10,并通过定压油累9连接低位油罐8。
[0057] 本发明还提供一种所述带储能的太阳热能梯级利用系统的使用方法，包括：
[0058] 将所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备接入第一循环油路管道；
[0059] 对所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备，在接入、脱离第一循环油路管 道之间进行切换。
[0060] 下面结合图1，对本发明进行更为详细的描述。
[0061] 本发明提供的带储能的太阳热能梯级利用系统，包括:光集热器1、电油炉2、融盐 相变储能装置3、热油型漠化裡制冷机4、0RC膨胀发电机5、采暖热水换热器6、热水换热器7 及低位油罐8。整个系统工艺流程如下:光集热器1包括定日跟踪弧式玻璃的吸热板和集热 管，吸热板可将集热管中的油加热至170~200°C，170~200°C的热油先可通过融盐相变储 能装置3将热量储存起来，中高溫热油和低溫回油通过调节阀混合成为175°C油，此175°C油 流入热油型漠化裡制冷机4生产rC冷冻水，油溫降至155°C，再流入ORC膨胀发电机5进行发 电，油溫可再降至115~125°C，经采暖热水换热器6可为冬季提供60°C采暖热水，油溫降至 80~100°C，最后经热水换热器7可提供日常45°C生活热水，油溫降至50~80°C，经循环油累 11打回光集热器1吸热升溫，完成一个吸热、储热及放热过程，依次不断循环。
[0062] 实施举例1--夏季时供冷、供电及供热水
[0063] 假设图1中的阀口及累初始时均处于关闭状态。现打开第五截止阀21、第六截止阀 22、第屯截止阀23、第=电动调节阀14、第九截止阀25、定压油累9、循环油累11、第一截止阀 17、第五电动调节阀16,光集热器1中的吸热板正对太阳，太阳光反射至集热管，集热管内的 介质媒油溫度升至20(TC。先将融盐相变储能装置3热量储满，热油再依次通过热油型漠化 裡制冷机4、0RC膨胀发电机5、热水换热器7,可为用户提供冷、电及生活用热水。白天时，融 盐相变储能装置3为吸热储能，并起到稳定油溫波动问题。晚上时，关闭第一截止阀17,打开 第=截止阀19,融盐相变储能装置3进行放热，可维持系统的稳定运行。在融盐相变储能装 置3储能耗尽时，关闭第=截止阀19,打开第二截止阀18,起动电油炉2,利用谷电加热介质 媒油，维持系统的稳定运行。
[0064] 实施举例2:--冬季时供电、供暖及供热水
[0065] 假设图1中的阀口及累在初始时均处于关闭状态。现打开第五截止阀21、第一电动 调节阀12、第屯截止阀23、第八截止阀24、第九截止阀25、定压油累9、循环油累11、第一截止 阀17、第五电动调节阀16,光集热器1中的吸热板正对太阳，太阳光反射至集热管，集热管内 的介质媒油溫度升至200°C。先将融盐相变储能装置3热量储满，热油再依次通过ORC膨胀发 电机5、采暖热水换热器6、热水换热器7设备，可为用户供电、供暖及生活用热水。白天时，融 盐相变储能装置3为吸热储能，并起到稳定油溫波动问题。晚上时，关闭第一截止阀17,打开 第=截止阀19,融盐相变储能装置3进行放热，可维持系统的稳定运行。在融盐相变储能装 置3储能耗尽时，关闭第=截止阀19,打开第二截止阀18,起动电油炉2,利用谷电加热介质 媒油，维持系统的稳定运行。 闺]实施举例3:--非冬非夏时供电及供热水
[0067] 假设图I中的阀口及累在初始时均处于关闭状态。现打开第五截止阀21、第一电动 调节阀12、第屯截止阀23、第S电动调节阀14、第九截止阀25、定压油累9、循环油累11、第一 截止阀17、第五电动调节阀16,光集热器1中的吸热板正对太阳，太阳光反射至集热管，集热 管内的介质媒油溫度升至20(TC。先将融盐相变储能装置3热量储满，热油再依次通过ORC膨 胀发电机5、热水换热器7设备，可为用户供电及生活用热水。白天时，融盐相变储能装置3为 吸热储能，并起到稳定油溫波动问题。晚上时，关闭第一截止阀17,打开第=截止阀19,融盐 相变储能装置3为放热，可维持系统的稳定运行。在融盐相变储能装置3储能耗尽时，关闭第 S截止阀19,打开第二截止阀18,起动电油炉2,利用谷电加热介质媒油，维持系统的稳定运 行。
[0068] 综上所述，通过对各阀口的调节，本发明可实现对用户供电、供冷、供暖及供热水 的各种需要。优点包括：1)太阳能为可再生能源，可W永续利用，没有匿乏之虞，同时又是清 洁能源，不产生废气物，不会污染环境;2)通过系统内设备的工艺串联及阀口机构的相应控 审IJ，可实现为用户供电、供冷、供暖及供热水的需求;3)在阴天或光照较弱时，可充分利用电 网谷电，从而起到稳定电网运行的作用;4)本系统经济及社会效率显著，WlOMW光热=联供 为例，每年可节约标煤1800吨，减少C〇2排放4500吨，相当于每年种植36500棵树木，具有较 好的经济与社会效益。
[0069] W上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可W在权利要求的范围内做出各种变化或修改，运并不影 响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可W任意相 互组合。
【主权项】
1. 一种带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，包括光集热器（1)、多个用热设 备； 在光集热器的介质媒油出口与介质媒油入口之间，连接有第一循环油路管道;第一循 环油路管道上设置有循环油栗（11); 每个用热设备均配置有对应的阀门机构，并通过对应的阀门机构的开关状态的切换接 入第一循环油路管道或者脱离第一循环油路管道。2. 根据权利要求1所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，第一循环油路 管道与所述多个用热设备的接入点，分别按照第一循环油路管道的上游至下游方向依次排 布。3. 根据权利要求2所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，沿第一循环油 路管道的上游至下游方向，第一循环油路管道上依次设置有与融盐相变储能装置(3)、热油 型溴化锂制冷机(4)、0RC膨胀发电机(5)、采暖热水换热器(6)、热水换热器(7)的接入点。4. 根据权利要求1所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，阀门机构包括 电动调节阀、截止阀； 第一循环油路管道的上游处一方面通过电动调节阀连接下游处，另一方面通过截止阀 和用热设备连接下游处。5. 根据权利要求1所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，在光集热器的 介质媒油出口与介质媒油入口之间连接有第二循环油路管道，第二循环油路管道上设置有 电油炉(2)和截止阀。6. 根据权利要求1所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，在光集热器的 介质媒油出口与介质媒油入口之间连接有旁通油路管道;旁通油路管道上设置有截止阀； 用热设备包括融盐相变储能装置(3); 沿第一循环油路管道的上游至下游方向，旁通油路管道的一端与第一循环油路管道的 连接点、融盐相变储能装置(3)、旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点依次 排布； 在第一循环油路管道上，旁通油路管道的另一端与第一循环油路管道的连接点通过截 止阀连接至光集热器的介质媒油入口。7. 根据权利要求1所述的带储能的太阳热能梯级利用系统，其特征在于，还包括低位油 罐(8)、定压油栗(9)、定压罐(10); 第一循环油路管道的一接入点连接定压罐（10)，并通过定压油栗（9)连接低位油罐8. -种权利要求1至7中任一项所述的带储能的太阳热能梯级利用系统的使用方法，其 特征在于，包括： 将所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备接入第一循环油路管道。9. 根据权利要求8所述的带储能的太阳热能梯级利用系统的使用方法，其特征在于，包 括： 对所述多个用热设备中的部分或者全部用热设备，在接入、脱离第一循环油路管道之 间进行切换。
【文档编号】F03G6/06GK106016767SQ201610362319
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】徐世洋, 唐子烨, 吴建国
【申请人】上海光热实业有限公司