专利名称：一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种燃气补燃的太阳能蓄热发电方法及
其装置。
背景技术：
全球太阳能辐射总量约1.7X IO17W,其中我国约占1% (1.8X IO15W,相当于1. 9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍。电力是世界上消耗量最大的二次能源， 太阳能发电技术是缓解当前能源危机的有效手段，应用前景极广。太阳能发电技术主要分为光伏发电和太阳能热发电两大类。光伏发电主要是利用光伏电池板的光电效应进行发电，在无光或者太阳光强度波动时，光伏发电系统完全停止发电或者发电功率大幅波动，对电网冲击很大。太阳能热发电主要是通过抛物面反射镜将太阳光聚集起来，直接利用外热式发动机(如斯特林发动机)发电，或通过换热装置产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机发电。太阳能热发电效率较高，可以通过热量存储在晚上或者无光时间继续发电，但是，遇到季节变化或较长时间的阴雨天气时，太阳能热发电系统的运行也随之不稳定甚至必须停机。因此，非常有必要开发一种可以联合常规能源或其他可再生能源的太阳能发电方法，增加发电系统的运行稳定性和可靠性。
发明内容
本发明目的在于克服现有太阳能热发电系统的不足，提供一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法及其装置。带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法是在白天阳光充足时，聚集后的太阳光透过双层抽真空石英玻璃防护罩，照射在设有鳍片的吸热面上，吸热面及鳍片上的深色吸光材料将太阳光转化为热量，增压预热后的循环流体将热量迅速带走，使得集热器出口的循环流体温度达到900°C 1400°C ；在阳光不足或者阴雨日的白天，启用燃气补燃系统，同时利用聚集后阳光照射在设有鳍片的吸热面上转化的热量和燃气补燃产生的热量加热循环流体，使循环流体的出口温度达到900°C 1400°C ；随后，循环流体进入蓄热器进行换热，将部分热量储存在蓄热器内，同时将蓄热器出口温度维持在700°C 950°C，随后，循环流体进入斯特林发动机的换热腔，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电，换热腔出口的循环流体温度稳定在300°C 600°C，随后进入冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在增温室内进行预热，增压预热后的循环流体再次进入集热器内加热；在晚上，增压预热后的循环流体直接进入蓄热器进行吸热，使得蓄热器出口处循环流体温度稳定在700°C 950°C，随后，循环流体进入斯特林发动机的换热腔，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电，换热腔出口的循环流体温度稳定在300°C 600°C进入冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入蓄热器进行吸热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置由集热器、蓄热器、斯特林发动机、发电机、 增压机、换热器和循环流体切换阀门组成，其中集热器的出口与蓄热器入口连接，蓄热器出口与斯特林发动机的换热腔的入口连接，换热腔的出口与冷却室入口连接，冷却室出口与增压机入口连接，增压机出口与增温室入口连接，增温室出口通过循环流体切换阀门分别与集热器的入口和蓄热器入口连接；斯特林发动机与发电机连接。燃气补燃系统采用蓄热燃烧方式，将排放烟气的显热贮存于蓄热换热器内用于预热助燃空气，减少燃气使用量。所述的集热器由燃气储气罐、燃气总阀门、蓄热换热器、燃气切换阀门、燃气燃烧器、入口、吸热面、鳍片、导流板、补热换热板、双层抽真空石英玻璃、燃气燃烧室、循环流体吸热室、出口、引风机、烟气切换阀门、空气切换阀门、鼓风机组成；循环流体吸热室上方设有双层抽真空石英玻璃，双层抽真空石英玻璃两边对称设有两个入口，循环流体吸热室内倾斜布置设有鳍片的吸热面，设有鳍片的吸热面中间设有循环流体孔，吸热面下方设有导流板，导流板下方设有补热换热板，补热换热板将燃气燃烧室和循环流体吸热室分开，导流板引导循环流体从吸热面背面流过后再从燃气燃烧室上部的补热换热板上方通道流过。补热换热板中间设有出口，燃气燃烧室两边分别设有燃气燃烧器，两个燃气燃烧器通过燃气切换阀门和燃气总阀门与燃气储气罐连接，燃气燃烧室两边分别设有蓄热换热器，两个蓄热换热器一端口通过空气切换阀门连接，空气切换阀门与鼓风机连接，两个蓄热换热器另一端口通过烟气切换阀门连接，烟气切换阀门与引风机连接。所述的双层抽真空石英玻璃为流线型曲面，引导循环流体流动，并使得尽量多的入射光线垂直或接近垂直于镜面，减少了光学损失。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1、本发明采用了燃气补燃系统，可以在长时间太阳光强度不够或者阴雨天气时补充能量，克服了太阳光不连续和不稳定导致发电功率波动甚至停机的缺点。2、本发明采用了循环流体吸收和传递热量，可同时或分别吸收太阳能和燃气补燃所产生的热能并将热能传递到斯特林发动机热端，进行发电，增加了系统的灵活性。3、本发明采用了大容量蓄热器，当太阳光充足时可以通过吸收循环流体的部分热能降低其在斯特林发动机的换热腔入口的温度，当太阳光不足时或者无光时循环流体可以通过吸收大容量蓄热器的部分热能提高温度，使得其在斯特林发动机的换热腔入口温度保持在较为稳定的范围，增加了发电系统的稳定性。4、本发明采用了换热器和增压机，可以有效回收热能并提高循环流体的压头，减少热能损失。
图1是带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置的结构示意图中燃气储气罐1、燃气总阀门2、蓄热换热器3、燃气切换阀门4、燃气燃烧器5、入口 6、吸热面7、鳍片8、导流板9、补热换热板10、双层抽真空石英玻璃11、循环流体切换阀门 12、换热器13、增温室14、冷却室15、增压机16、发电机17、斯特林发动机18、换热腔19、蓄热器20、燃气燃烧室21、循环流体吸热室22、出口 23、引风机M、烟气切换阀门25、空气切换阀门26、鼓风机27、集热器28。
具体实施例方式
带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法是在白天阳光充足时，聚集后的太阳光透过双层抽真空石英玻璃11防护罩，照射在设有鳍片8的吸热面7上，吸热面及鳍片上的深色吸光材料将太阳光转化为热量，增压预热后的循环流体将热量迅速带走，使得集热器观出口的循环流体温度达到900°C 1400°C ；在阳光不足或者阴雨日的白天，启用燃气补燃系统， 同时利用聚集后阳光照射在设有鳍片的吸热面上转化的热量和燃气补燃产生的热量加热循环流体，使循环流体的出口温度达到900°C 1400°C;随后，循环流体进入蓄热器20进行换热，将部分热量储存在蓄热器20内，同时将蓄热器出口温度维持在700°C 950°C，随后， 循环流体进入斯特林发动机18的换热腔19，将部分热量传递给斯特林发动机18用于做功发电，换热腔出口的循环流体温度稳定在300°C 600°C，随后进入冷却室15，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机16对循环流体进行增压，然后在增温室14内进行预热，增压预热后的循环流体再次进入集热器观内加热；在晚上，增压预热后的循环流体直接进入蓄热器进行吸热，使得蓄热器出口处循环流体温度稳定在700°C 950°C，随后，循环流体进入斯特林发动机18的换热腔19，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电， 换热腔出口的循环流体温度稳定在300°C 600°C进入冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入蓄热器进行吸热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。所述的燃气补燃系统采用蓄热燃烧方式，将排放烟气的显热贮存于蓄热换热器内用于预热助燃空气，减少燃气使用量。如图1所示，带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置由集热器观、蓄热器20、斯特林发动机18、发电机17、增压机16、换热器13和循环流体切换阀门12组成，其中集热器观的出口 23与蓄热器20入口连接，蓄热器20出口与斯特林发动机18的换热腔19的入口连接，换热腔19的出口与冷却室15入口连接，冷却室15出口与增压机16入口连接，增压机 16出口与增温室14入口连接，增温室14出口通过循环流体切换阀门12分别与集热器28 的入口 6和蓄热器20入口连接；斯特林发动机18与发电机17连接。如图1所示，所述的集热器观由燃气储气罐1、燃气总阀门2、蓄热换热器3、燃气切换阀门4、燃气燃烧器5、入口 6、吸热面7、鳍片8、导流板9、补热换热板10、双层抽真空石英玻璃11、燃气燃烧室21、循环流体吸热室22、出口 23、引风机对、烟气切换阀门25、空气切换阀门沈、鼓风机27组成；循环流体吸热室22上方设有双层抽真空石英玻璃11，双层抽真空石英玻璃11两边对称设有两个入口 6，循环流体吸热室内倾斜布置设有鳍片8的吸热面7，设有鳍片8的吸热面7中间设有循环流体孔，吸热面7下方设有导流板9，导流板9 下方设有补热换热板10，补热换热板10将燃气燃烧室21和循环流体吸热室22分开，补热换热板10中间设有出口 23，燃气燃烧室21两边分别设有燃气燃烧器5，两个燃气燃烧器5 通过燃气切换阀门4和燃气总阀门2与燃气储气罐1连接，燃气燃烧室21两边分别设有蓄热换热器3，两个蓄热换热器3 —端口通过空气切换阀门沈连接，空气切换阀门沈与鼓风机27连接，两个蓄热换热器3另一端口通过烟气切换阀门25连接，烟气切换阀门25与引风机M连接。所述的双层抽真空石英玻璃11为流线型曲面，引导循环流体流动，并使得尽量多的入射光线垂直或接近垂直于镜面，减少了光学损失。
所述的导流板9引导循环流体从吸热面8背面流过后再从燃气燃烧室21上部的补热换热板10上方通道流过。本发明的工作过程
在太阳光充足时，聚集后的太阳光透过双层抽真空石英玻璃防护罩，照射在设有鳍片的吸热面上，吸热面及鳍片上的深色吸光材料将太阳光转化为热量。增压预热后的循环流体从两侧入口进入集热器，循环流体冲刷带有鳍片的吸热面的正面和反面，鳍片有助于加强流体扰动，增加换热系数将热量迅速带走，并将循环流体温度提高到90(TC 140(TC ；加热后的循环流体进入蓄热器，将部分热量储存在大容量蓄热器内，并将循环流体温度稳定在700°C 950°C，随后循环流体进入斯特林发动机热端的换热腔，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电，换热腔出口的循环流体进入换热器的冷却室，将循环流体冷却到 150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在换热器的增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入集热器内加热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。在太阳光长时间不足或者阴雨天气时，开启燃气补燃系统为热发电系统提供热能，维持发电系统的运行稳定性和可靠性。采用蓄热燃烧方式，将排放的燃烧烟气的显热贮存于蓄热换热器内用于预热助燃空气，减少燃气使用量；此时，增压预热后的循环流体从两侧入口进入带有燃气补燃系统的太阳能集热器后，一方面冲刷带有鳍片的吸热面的正反面吸收热量，另一方面通过补热换热板吸收燃气燃烧产生的热量，将循环流体温度提高到 900°C 140(TC ；加热后的循环流体进入大容量蓄热器，将部分热量储存在大容量蓄热器内，并将循环流体温度稳定在700°C 950°C，随后循环流体进入斯特林发动机热端的换热腔，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电，换热腔出口的循环流体进入换热器的冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在换热器的增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入带有燃气补燃系统的太阳能集热器内加热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。在晚间无光时，增压预热后的循环流体经过循环流体切换阀直接进入大容量蓄热器，将吸收大容量蓄热器内储存的热能，并将循环流体温度加热到700°C 950°C，随后循环流体进入斯特林发动机热端的换热腔，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电， 换热腔出口的循环流体进入换热器的冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在换热器的增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入大容量蓄热器加热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。实施例
本实施中的装置由集热器、蓄热器、斯特林发动机、发电机、增压机、换热器和循环流体切换阀门组成，其中集热器的出口与蓄热器入口连接，蓄热器出口与斯特林发动机的换热腔的入口连接，换热腔的出口与冷却室入口连接，冷却室出口与增压机入口连接，增压机出口与增温室入口连接，增温室出口通过循环流体切换阀门分别与集热器的入口和蓄热器入口连接。集热器入口直径0. 35米，循环流体吸热室内吸热面倾斜角度为30 °，蓄热器长0. 8 米，直径0. 36米，截面开孔率6% ；斯特林发动机额定功率lkW。在华东地区夏季晴天，聚光系统聚光后的太阳能能量密度约为300 kff/m2 500kW/m2，日照时间约为10小时。循环流体的质量流量约为9. ^cg/h，从两侧入口通入集热器，入口温度约为250°C 300°C ；循环流体出口温度为1000°C 1400°C，经大容量蓄热器使其降温后，循环流体在斯特林发动机换热腔进口处的温度为750°C 900°C，斯特林发动机发电功率为0.80 kW 0. 95 kW。换热腔出口的循环流体依次通过冷却室、增压机以及增温室，增压预热后的循环流体再次进入集热器内加热。在晚间，操作循环流体切换阀使其换向，循环流体直接进入大容量蓄热器， 出口温度约为700°C 900°C，发电功率为0. 65 kff 0. 85kW。
权利要求
1.一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法，其特征在于在白天阳光充足时，聚集后的太阳光透过双层抽真空石英玻璃(11)防护罩，照射在设有鳍片(8)的吸热面(7)上， 吸热面及鳍片上的深色吸光材料将太阳光转化为热量，增压预热后的循环流体将热量迅速带走，使得集热器(28)出口的循环流体温度达到900°C 1400°C ；在阳光不足或者阴雨日的白天，启用燃气补燃系统，同时利用聚集后阳光照射在设有鳍片的吸热面上转化的热量和燃气补燃产生的热量加热循环流体，使循环流体的出口温度达到900°C 1400°C ；随后， 循环流体进入蓄热器(20 )进行换热，将部分热量储存在蓄热器(20 )内，同时将蓄热器出口温度维持在700°C 950°C，随后，循环流体进入斯特林发动机(18)的换热腔(19)，将部分热量传递给斯特林发动机(18)用于做功发电，换热腔出口的循环流体温度稳定在300°C 600°C，随后进入冷却室(15)，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机(16)对循环流体进行增压，然后在增温室(14)内进行预热，增压预热后的循环流体再次进入集热器 (28)内加热；在晚上，增压预热后的循环流体直接进入蓄热器进行吸热，使得蓄热器出口处循环流体温度稳定在700°C 950°C，随后，循环流体进入斯特林发动机(18)的换热腔 (19)，将部分热量传递给斯特林发动机用于做功发电，换热腔出口的循环流体温度稳定在 300°C 600°C进入冷却室，将循环流体冷却到150°C 200°C后，利用增压机对循环流体进行增压，然后在增温室进行预热，增压预热后的循环流体再次进入蓄热器进行吸热，依此循环驱动斯特林发动机做功发电。
2.根据权利要求1所述的一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法，其特征在于所述的燃气补燃系统采用蓄热燃烧方式。
3.—种如权利要求1所述方法设计的带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置，其特征在于装置由集热器(28)、蓄热器(20)、斯特林发动机(18)、发电机(17)、增压机(16)、换热器 (13)和循环流体切换阀门(12)组成，其中集热器(28)的出口(23)与蓄热器(20)入口连接，蓄热器(20)出口与斯特林发动机(18)的换热腔(19)的入口连接，换热腔(19)的出口与冷却室(15)入口连接，冷却室(15)出口与增压机(16)入口连接，增压机(16)出口与增温室(14)入口连接，增温室(14)出口通过循环流体切换阀门(12)分别与集热器(28)的入口(6)和蓄热器(20)入口连接；斯特林发动机(18)与发电机(17)连接。
4.根据权利要求3所述的一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置，其特征在于所述的集热器(28)由燃气储气罐(1)、燃气总阀门(2)、蓄热换热器(3)、燃气切换阀门(4)、燃气燃烧器(5)、入口(6)、吸热面(7)、鳍片(8)、导流板(9)、补热换热板(10)、双层抽真空石英玻璃(11)、燃气燃烧室(21)、循环流体吸热室(22)、出口(23)、引风机(24)、烟气切换阀门 (25)、空气切换阀门(26)、鼓风机(27)组成；循环流体吸热室(22)上方设有双层抽真空石英玻璃(11)，双层抽真空石英玻璃(11)两边对称设有两个入口(6)，循环流体吸热室内倾斜布置设有鳍片(8)的吸热面(7)，设有鳍片(8)的吸热面(7)中间设有循环流体孔，吸热面 (7)下方设有导流板(9)，导流板(9)下方设有补热换热板(10)，补热换热板(10)将燃气燃烧室(21)和循环流体吸热室(22)分开，补热换热板(10)中间设有出口(23)，燃气燃烧室 (21)两边分别设有燃气燃烧器(5)，两个燃气燃烧器(5)通过燃气切换阀门(4)和燃气总阀门(2)与燃气储气罐(1)连接，燃气燃烧室(21)两边分别设有蓄热换热器(3)，两个蓄热换热器(3)—端口通过空气切换阀门(26)连接，空气切换阀门(26)与鼓风机(27)连接，两个蓄热换热器(3)另一端口通过烟气切换阀门(25)连接，烟气切换阀门(25)与引风机(24)连接。
5.根据权利要求3所述的一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电装置，其特征在于所述的双层抽真空石英玻璃(11)为流线型曲面。
全文摘要
本发明公开了一种带有燃气补燃的太阳能蓄热发电方法及其装置。装置由集热器、蓄热器、斯特林发动机、发电机、增压机、换热器和循环流体切换阀门组成，其中集热器的出口与蓄热器入口连接，蓄热器出口与斯特林发动机的换热腔的入口连接，换热腔的出口与冷却室入口连接，冷却室出口与增压机入口连接，增压机出口与增温室入口连接，增温室出口通过循环流体切换阀门分别与集热器的入口和蓄热器入口连接；斯特林发动机与发电机连接。本发明采用燃气补燃系统，克服了太阳光不连续和不稳定导致发电功率波动甚至停机的缺点。采用蓄热器，使得斯特林发动机的换热腔入口温度较为稳定，增加了发电系统的稳定性。
文档编号F02G1/057GK102162433SQ201110045328
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者余春江, 倪明江, 周劲松, 岑可法, 方梦祥, 施正伦, 王勤辉, 王树荣, 程乐鸣, 肖刚, 骆仲泱, 高翔 申请人:浙江大学