本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置。
背景技术：
全球太阳能辐射总量约1.7×1017w，其中我国约占1％(1.8×1015w，相当于1.9万亿吨标煤/年)，约为我国目前年能耗总量的700倍，太阳能蕴藏着巨大的开发潜力。利用太阳能这种清洁、无污染的可再生能源，对于减轻目前化石能源、环境污染压力等具有重要意义。
太阳能发电技术主要有光伏和光热两种方式。由于太阳能能流密度比较低，能量波动比较大，采用光伏并网发电，对电网的冲击较大，如果采用蓄电池储电，则成本太高。
太阳能热发电技术是将太阳能聚焦之后转变为热能，再进行热功转换进行发电的技术。同时，燃气轮机发电系统具有效率高、起动快、调峰性能好、建设周期短、占地面积小、耗水少以及维护成本低等一系列优点。将燃气轮机发电系统应用于太阳能热发电技术，利用太阳能加热燃气轮机中的压缩空气，再进入燃烧室助燃后发电，可以大幅减少化石燃料的耗量。
然而，如前文所述，由于太阳能能流密度比较低，能量波动比较大。当阳光强烈时，可能导致集热器温度过高，降低其运行稳定性。而当阳光不足时，则导致进入燃烧室的压缩空气的温度不够，难以起到节约能耗的技术效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，该太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置具有更少的化石燃料消耗、更长使用寿命和更好的上网电质量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，包括：燃烧室、太阳能集热器、化学储热罐、三通阀a和三通阀b；
化学储热罐具有高温侧和低温侧；
三通阀a的一出口连接太阳能集热器压缩空气进口，另一出口连接三通阀b的进口，三通阀b的一个出口连接化学储热罐的低温侧，另一个出口连接燃烧室的进口；
太阳能集热器压缩空气出口连接化学储热罐的高温侧和燃烧室的进口，化学储热罐的低温侧也连接燃烧室的进口；
当太阳能充足时，空气经三通阀a进入太阳能集热器，加热并提高温度，从太阳能集热器出来的空气一部分进入化学储热罐，从高温侧至低温侧依次经过各层化学储热物质，另一部分进入燃烧室辅助燃烧；
当太阳能不足时，空气经三通阀a和三通阀b进入化学储热罐，从低温侧至高温侧依次经过各层化学储热物质，被化学储热罐释放的热量加热，再进入燃烧室辅助燃烧。
在当前，有多种储热方法都得到了广泛的应用。根据能量的储存形式不同，可以分为以下三种：显热储热、潜热储热和化学储热。
显热储热是利用储热材料自身温度的上升或者下降来存储或释放热量。这种储热方式在几种储热方式中原理最简单、技术最成熟，应用也是最广泛的，但储热密度相对较低，体积大。
潜热储热是利用储热介质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中吸收或放出相变潜热的原理进行储热。该方式具有储热密度大，充、放热过程温度波动范围小等优点，但相变材料一般不能兼做载热介质，系统中需要设计独立的热交换器，且相变材料可能会对容器壁有腐蚀。
化学储热是指利用可逆化学反应的反应热来储存热能，当高于可逆反应的平衡温度时，发生吸热的储热反应，当低于可逆反应的平衡温度时，则发生放热反应。化学储热的储热密度在这三种方式中最高。
相对于现有技术而言，本发明的太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，通过利用化学储热罐的化学储热，在具备了上述储热密度高这一优点的同时，使得太阳能的能量能够在化学储热罐内得到储存，降低了太阳能的能量波动对系统的影响，因此增加了系统的发电稳定性，并使得发电时间得到了延长，提高了上网电质量。通过燃料、太阳能、化学储热等多能互补，能量能够得到梯级利用，提高了系统效率、减少了化石燃料的消耗，因此具有更好的经济性。通过太阳能集热器耦合化学储热罐，稳定了太阳能集热器出口的温度波动，防止太阳能集热器超温，保证了太阳能集热器的安全稳定运行，延长了使用寿命。
在太阳能热发电系统中，一个关键部分在于太阳能集热器。其功能是将聚焦后的太阳光转化为热能。由于太阳能集热器工作在高温、高压以及不均匀的高强度太阳辐射等恶劣环境下，设计或者控制不当极易引起损坏甚至发生安全事故。因此太阳能集热器的稳定安全运行是十分重要的。作为优选，太阳能集热器中布置着空气集热管，空气集热管的四周填充有集热器化学储热物质。当太阳能集热器内的温度高于集热器化学储热物质的反应平衡温度时，集热器化学储热物质发生反应将吸收多余的热量，储存为化学能，当太阳能集热器内的温度低于集热器化学储热物质的反应平衡温度时，集热器化学储热物质发生放热反应将化学能释放出来，将热量换热给空气集热管中的空气，将其加热至高温，弥补太阳能的不足，稳定太阳能集热器的温度。因此，在空气集热管的四周填充集热器化学储热物质，可以进一步延长太阳能集热器的使用寿命。
进一步地，作为优选，空气集热管的下部也填充有集热器化学储热物质；
空气集热管在太阳能集热器中呈螺旋状分布；
或者，空气集热管由太阳能集热器的中心向外侧辐射分布；
或者，空气集热管沿着太阳能集热器的圆周方向分布。
呈螺旋状分布的空气集热管可以加大热接触面积，提高传热导热效率，而从中心向外侧辐射分布的空气集热管则更易于热传递和配套设备的设计，可以降低成本。沿着太阳能集热器的圆周方向分布的空气集热管则可以最大限度地利用太阳能集热器的空间，提高空气集热管的密度。
另外，作为优选，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：透平机和回热器，回热器内设置有热流体侧和冷流体侧；
燃烧室的出口连接透平机的进口，透平机的出口连接回热器的热流体侧进口；
冷流体侧的出口与三通阀a的进口相连；
透平机排出的尾气进入热流体侧，用于加热位于冷流体侧的空气。
在设置和增加了回热器后，从透平机排出的尾气流经回热器的热流体侧，可以利用尾气的热量来加热经冷流体侧的空气，从而使得尾气的热量能得到更高效的利用，进一步地降低了太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的总体能耗，提高了能量利用效率。
进一步地，作为优选，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：余热利用装置，余热利用装置与回热器的热流体侧的出口相连接；
透平机的尾气通过热流体侧后进入余热利用装置，进一步回收热能。
经由回热器回热的尾气，再经由余热利用装置回收余热，使得尾气的热量得到了梯级利用，因此更好地提高了能量的利用效率。
进一步地，作为优选，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：引风管道和引风机；太阳能集热器为敞口布置；
引风管道与太阳能集热器连接，并连接到余热利用装置的进口，引风机布置于余热利用装置的出口。当引风机工作时，空气从环境进入太阳能集热器，再通过引风管道，进入到余热利用装置内。
流通的空气提高了太阳能集热器内的热量传递效果。可以将多余的热量引入余热利用装置，提高能量效率。
而且，当太阳能集热器内填充有化学储热物质时，通过引风机控制流通的空气量，可以更好地控制化学储热物质的吸热和放热反应速率，从而获得更好的储热和放热效果。
此外，作为优选，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括压气机和发电机，压气机的出口连接冷流体侧的进口，用于向冷流体侧输入压缩空气；发电机与压气机相连接，压气机和透平机相连接。
压气机作为耗功部件，可以将常压空气压缩后运送出去。当透平机和压气机相连接时，透平机所做的功可以通过相连的主轴为压气机提供一部分动力，使得系统无需为压气机额外提供动力。而且，由于从透平机中直接排出的废气的温度仍然很高，把发电机和透平机直接连接的可靠性不佳，而将发电机通过压气机与透平机相连接，则可以更好地延长发电机的使用寿命。
另外，作为优选，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：节流阀；
太阳能集热器通过节流阀连接燃烧室的进口。利用节流阀可以控制从太阳能集热器至燃烧室内的空气流量。
通过调节节流阀的开度，可以实现对空气在通过节流阀和化学储热罐时的流量分配，使得在不同的太阳能状态下依然能够保证稳定的空气供应温度。
另外，作为优选，化学储热罐内设置有至少两种化学储热物质，化学储热物质的反应平衡温度从化学储热罐的高温侧到低温侧依次降低。设置有多种化学储热物质时，可以使得化学储热罐内依次形成温度梯度。在空气经由化学储热罐内的管道依次通过这些化学储热物质时，可以与这些储热物质顺次发生温度交换，进而提高空气的温度变化速率，提高化学储热罐的储能效果。
进一步地，作为优选，化学储热物质从高温侧向着低温侧的方向形成多个化学储热层，且层与层之间间隔分布。间隔分布可以使得不同层之间不易产生干扰和热交换，进而能够更好地维持温度梯度。
值得一提的是，在本发明中，化学储热物质可以是碳酸盐、碱、金属氧化物等的一种或多种，其中，金属氧化物可以包括cr、li、mg、pb、pt、sb、mn、u、ba、co、rh、cu、fe、v的氧化物中的一种或者多种。以碳酸盐为例，则当温度高于碳酸盐分解合成反应平衡温度时，碳酸盐分解，吸收热量；反之，合成碳酸盐，释放热量。以金属氧化物为例，当温度高于金属氧化物的氧化还原反应平衡温度时，发生还原反应，吸收热量，同时释放氧气；当温度低于金属氧化物的氧化还原反应平衡温度时，发生氧化反应，吸收氧气，同时释放热量。
附图说明
图1是本发明第一实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图2是本发明第一实施方式太阳能集热器的示意图；
图3是本发明第二实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图4是本发明第三实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图5是本发明第四实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图6是本发明第五实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图7是本发明第六实施方式太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的示意图；
图8是本发明第七实施方式化学储热罐的示意图；
图9是本发明第八实施方式太阳能集热器的示意图。
附图标记说明：
1-压气机；2-透平机；3-回热器；4-三通阀a；5-余热利用装置；6-引风机；7-太阳能集热器；8-化学储热罐；9-化学储热层；10-三通阀b；11-节流阀；12-燃烧室；13-发电机；14-太阳能集热器压缩空气进口；15-引风管道连接口；16-空气集热管；17-太阳能采光口；18-集热器化学储热物质；19-太阳能集热器压缩空气出口。
具体实施方式
实施方式一
本发明的第一实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，参见图1和图2结合所示，包括：燃烧室12、太阳能集热器7、化学储热罐8、三通阀a4和三通阀b10；
化学储热罐8具有高温侧和低温侧；
三通阀a4的一出口连接太阳能集热器压缩空气进口14，另一出口连接三通阀b10的进口，三通阀b10的一个出口连接化学储热罐8的低温侧，另一个出口连接燃烧室12的进口；
太阳能集热器压缩空气出口19连接化学储热罐8的高温侧和燃烧室12的进口，化学储热罐8的低温侧也连接燃烧室12的进口；
当太阳能充足时，空气经三通阀a4进入太阳能集热器7，加热并提高温度，从太阳能集热器7出来的空气一部分进入化学储热罐8，从高温侧至低温侧依次经过各层化学储热物质，另一部分进入燃烧室12辅助燃烧；
当太阳能不足时，空气经三通阀a4和三通阀b10进入化学储热罐8，从低温侧至高温侧依次经过各层化学储热物质，被化学储热罐8释放的热量加热，再进入燃烧室12辅助燃烧。
本领域普通技术人员可以根据现有技术来利用从燃烧室12中出来的高温燃气来形成多种功用。例如，可以令高温烟气进入透平机做功，进而带动与透平机相连的发电机发电，由于具体的烟气使用方法和发电方法为本领域的现有技术，因此在图1中未进一步示出。
在当前，有多种储热方法都得到了广泛的应用。根据能量的储存形式不同，可以分为以下三种：显热储热、潜热储热和化学储热。
显热储热是利用储热材料自身温度的上升或者下降来存储或释放热量。这种储热方式在几种储热方式中原理最简单、技术最成熟，应用也是最广泛的，但储热密度相对较低，体积大。
潜热储热是利用储热介质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中吸收或放出相变潜热的原理进行储热。该方式具有储热密度大，充、放热过程温度波动范围小等优点，但相变材料一般不能兼做载热介质，系统中需要设计独立的热交换器，且相变材料可能会对容器壁有腐蚀。
化学储热是指利用可逆化学反应的反应热来储存热能，当高于可逆反应的平衡温度时，发生吸热的储热反应，当低于可逆反应的平衡温度时，则发生放热反应。化学储热的储热密度在这三种方式中最高。
值得一提的是，在本实施方式中，化学储热物质可以是碳酸盐、碱、金属氧化物等的一种或多种，其中，金属氧化物可以包括cr、li、mg、pb、pt、sb、mn、u、ba、co、rh、cu、fe、v的氧化物中的一种或者多种。以碳酸盐为例，则当温度高于碳酸盐分解合成反应平衡温度时，碳酸盐分解，吸收热量；反之，合成碳酸盐，释放热量。以金属氧化物为例，当温度高于金属氧化物的氧化还原反应平衡温度时，发生还原反应，吸收热量，同时释放氧气；当温度低于金属氧化物的氧化还原反应平衡温度时，发生氧化反应，吸收氧气，同时释放热量。
相对于现有技术而言，本发明的太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，通过利用化学储热罐8的化学储热，在具备了上述储热密度高这一优点的同时，使得太阳能的能量能够在化学储热罐8内得到储存，降低了太阳能的能量波动导致的太阳能采光口17接收到的光照不稳定对系统的影响，因此增加了系统的发电稳定性，并使得发电时间得到了延长，提高了上网电质量和系统的发电稳定性。通过燃料、太阳能、化学储热等多能互补，能量能够得到梯级利用，提高了系统效率、减少了化石燃料的消耗，因此具有更好的经济性。通过太阳能集热器7耦合化学储热罐8，稳定了太阳能集热器7出口的温度波动，防止太阳能集热器7超温，保证了太阳能集热器7的安全稳定运行，延长了使用寿命。
实施方式二
本发明的第二实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，参见图3所示，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：节流阀11；
太阳能集热器7通过节流阀11连接燃烧室12的进口。利用节流阀11可以控制从太阳能集热器7至燃烧室12内的空气流量。
通过调节节流阀11的开度，可以实现对空气在通过节流阀11和化学储热罐8时的流量分配，进而使得在不同的太阳能状态下依然能够保证稳定的空气供应温度。
实施方式三
本发明的第三实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第三实施方式是第一、第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第三实施方式中，参见图4所示，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：透平机2和回热器3，回热器3内设置有热流体侧和冷流体侧；
燃烧室12的出口连接透平机2的进口，透平机2的出口连接回热器3的热流体侧进口；
冷流体侧的出口与三通阀a4的进口相连；
透平机2排出的尾气进入热流体侧，用于加热位于冷流体侧的空气。
在设置和增加了回热器3后，从透平机2排出的尾气流经回热器3的热流体侧，可以利用尾气的热量来加热经冷流体侧的空气，从而使得尾气的热量能得到更高效的利用，进一步地降低了太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置的总体能耗，提高了能量利用效率。
实施方式四
本发明的第四实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第四实施方式是第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第四实施方式中，参见图5所示，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：压气机1和发电机13，压气机1的出口连接冷流体侧的进口，用于向冷流体侧输入压缩空气；发电机13与压气机1相连接，压气机1和透平机2相连接。
压气机1作为耗功部件，可以将常压空气压缩后运送出去。当透平机2和压气机1相连接时，透平机2所做的功可以通过相连的主轴为压气机1提供一部分动力，使得系统无需为压气机1额外提供动力。而且，由于从透平机2中直接排出的废气的温度仍然很高，把发电机13和透平机2直接连接的可靠性不佳，而将发电机13通过压气机1与透平机2相连接，则可以更好地延长发电机13的使用寿命。
实施方式五
本发明的第五实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第五实施方式是第三、第四实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第五实施方式中，参见图6所示，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：余热利用装置5。
余热利用装置5与回热器3的热流体侧的出口相连接；
透平机2的尾气通过热流体侧后进入余热利用装置5，进一步回收热能。
经由回热器3回热的尾气，再经由余热利用装置5回收余热，使得尾气的热量得到了梯级利用，因此更好地提高了能量的利用效率。
实施方式六
本发明的第六实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第六实施方式是第五实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第六实施方式中，参见图7所示，太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置还包括：引风管道和引风机6；太阳能集热器7为敞口布置；
引风管道与太阳能集热器7连接，并连接到余热利用装置5的进口，引风机6布置于余热利用装置5的出口。当引风机6工作时，空气从环境进入太阳能集热器7，再通过引风管道，进入到余热利用装置5内。
流通的空气提高了太阳能集热器7内的热量传递效果。可以将多余的热量引入余热利用装置5，提高能量效率。
实施方式七
本发明的第七实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第七实施方式是第一至第六实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第七实施方式中，参见图8所示，化学储热罐8内设置有至少两种化学储热物质，化学储热物质的反应平衡温度从化学储热罐8的高温侧到低温侧依次降低。设置有多种化学储热物质时，可以使得化学储热罐8内依次形成温度梯度。在空气经由化学储热罐8内的管道依次通过这些化学储热物质时，可以与这些储热物质顺次发生温度交换，进而提高空气的温度变化速率，提高化学储热罐8的储能效果。
进一步地，参见图7所示，在本实施方式中，化学储热物质从高温侧向着低温侧的方向形成多个化学储热层9，且层与层之间间隔分布。间隔分布可以使得不同层之间不易产生干扰和热交换，进而能够更好地维持温度梯度。
实施方式八
本发明的第八实施方式提供了一种太阳能高温集热储热燃气轮机发电装置，第八实施方式是第一至第七实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第八实施方式中，太阳能集热器7中布置着空气集热管16。
在太阳能热发电系统中，一个关键部分在于太阳能集热器7。其功能是将聚焦后的太阳光转化为热能。由于太阳能集热器7工作在高温、高压以及不均匀的高强度太阳辐射等恶劣环境下，设计或者控制不当极易引起损坏甚至发生安全事故。因此太阳能集热器7的稳定安全运行是十分重要的。
参见图9所示，在本实施方式中，太阳能集热器7中布置着空气集热管16，空气集热管16呈u字形，沿着太阳能集热器7的圆周方向分布。沿着太阳能集热器7的圆周方向分布的空气集热管16则可以最大限度地利用太阳能集热器7的空间，提高空气集热管16的密度。值得一提的是在本实施方式中，空气集热管16在太阳能集热器7中也可以呈螺旋状分布；或者，空气集热管16由太阳能集热器7的中心向外侧辐射分布。呈螺旋状分布的空气集热管16可以加大热接触面积，提高传热导热效率，而从中心向外侧辐射分布的空气集热管16则更易于热传递和配套设备的设计，可以降低成本。
更为重要的，在本实施方式中，空气集热管16的四周填充有集热器化学储热物质18，而且，空气集热管16的下部也填充有集热器化学储热物质18。当太阳能集热器7内的温度高于集热器化学储热物质18的反应平衡温度时，集热器化学储热物质18发生反应将吸收多余的热量，储存为化学能，当太阳能集热器7内的温度低于集热器化学储热物质18的反应平衡温度时，集热器化学储热物质18发生放热反应将化学能释放出来，将热量换热给空气集热管16中的空气，将其加热至高温，弥补太阳能的不足，稳定太阳能集热器7的温度。因此，在空气集热管16的四周填充集热器化学储热物质18，可以进一步延长太阳能集热器7的使用寿命。
值得一提的是，在本实施方式中所指的集热器化学储热物质18，与设置于化学储热罐8中的化学储热物质可以是同种物质，也可以是不同种物质。本领域普通技术人员可以根据实际温度需要来选择设置于各个部位的不同的化学储热物质的种类。
另外，当设置有第六实施方式所述及的引风机6和引风管道时，参见图9所示，在太阳能集热器7上还设置有引风管道连接口15，且引风管道连接口15设置于太阳能集热器7的底部。通过引风机6控制流通的空气量，可以更好地控制集热器化学储热物质18的吸热和放热反应速率，从而获得更好的储热和放热效果。
本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。