一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统及方法与流程

本发明属于太阳能利用技术领域，涉及一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统及方法。

背景技术：

太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能用于发电时一般都需要使用储能等技术。液态金属电池是一种新型储能电池，具有液态金属电极，通过液态金属的氧化还原反应，实现化学能和电能的相互转化，具有低成本、长寿命、高电流密度、高能量效率等特点。

超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，是环保、清洁的天然工质流体。以超临界二氧化碳为工质的发电技术也是目前国际上新型、高效的发电技术之一。

在我国西北地区，太阳能资源丰富，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将太阳能光热发电、超临界二氧化碳布雷顿循环发电和液态金属电池储能进行有机的结合，会对太阳能光热发电带来巨大变化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统及方法，该系统及方法能够实现液态金属电池储能与太阳能光热发电的结合，同时实现对太阳能进行平稳持续的利用。

为达到上述目的，本发明所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统包括镜场、集热器、透平、冷却器、压缩机、电动发电机、整流电路、液态金属电池及逆变器；

镜场与集热器相配合，集热器的出口与透平的入口相连通，透平的出口与冷却器的入口相连通，冷却器的出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与集热器的入口相连通，透平与电动发电机相连接，电动发电机的输出端与整流电路的输入端及负载相连接，整流电路的输出端与液态金属电池的充电接口相连接，液态金属电池的输出端与逆变器的输出端相连接，逆变器的输出端与电动发电机的电源接口及负载相连接。

压缩机、透平及电动发电机同轴布置。

还包括回热器，其中，透平的出口经回热器的热侧与冷却器的入口相连通，压缩机的出口经回热器的冷热与集热器的入口相连通。

本发明所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电方法包括以下步骤：

当太阳辐射充足时，镜场将太阳光聚集到集热器上，以加热集热器中的二氧化碳，集热器输出的高温高压二氧化碳进入透平中做功，透平转动拖动压缩机及电动发电机转动，透平输出的乏气经回热器的热侧放热后进入到冷却器中冷却，然后进入到压缩机中压缩，压缩机输出的压缩后的二氧化碳经回热器的冷侧回热后进入到集热器中加热，电动发电机转动产生的交流电经整流电路整流后存储到液态金属电池中，同时电动发电机将产生的部分交流电输出给负载，为负载供电；

当太阳辐射不足时，液态金属电池输出的直流电经逆变器转换为交流电，然后为负载供电；

当系统由停机状态启动时，液态金属电池输出的直流电经逆变器转换为交流电，以驱动电动发电机转动，电动发电机拖动透平及压缩机转动，实现系统的启动。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统及方法在具体操作时，太阳能光热发电系统在太阳辐射充足时，通过集热器收集热量，并利用收集的热量通过透平拖动电动发电机发电，电动发电机产生的交流电优先供给负载，多余的交流电经整流电路整流后存储到液态金属电池中；当太阳辐射不足时，液态金属电池释放出电能，以供给负载，在系统启动时，液态金属电池输出电力驱动电动发电机旋转，以实现发电系统的启动，从而实现液态金属电池储能与太阳能光热发电的有机结合，同时实现对太阳能进行平稳持续的利用。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

其中，1为镜场、2为集热器、3为透平、4为回热器、5为冷却器、6为压缩机、7为电动发电机、8为整流电路、9为液态金属电池、10为逆变器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统包括镜场1、集热器2、透平3、冷却器5、压缩机6、电动发电机7、整流电路8、液态金属电池9及逆变器10；镜场1与集热器2相配合，集热器2的出口与透平3的入口相连通，透平3的出口与冷却器5的入口相连通，冷却器5的出口与压缩机6的入口相连通，压缩机6的出口与集热器2的入口相连通，透平3与电动发电机7相连接，电动发电机7的输出端与整流电路8的输入端及负载相连接，整流电路8的输出端与液态金属电池9的充电接口相连接，液态金属电池9的输出端与逆变器10的输出端相连接，逆变器10的输出端与电动发电机7的电源接口及负载相连接。

压缩机6、透平3及电动发电机7同轴布置；本发明还包括回热器4，其中，透平3的出口经回热器4的热侧与冷却器5的入口相连通，压缩机6的出口经回热器4的冷热与集热器2的入口相连通。

本发明所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电方法包括以下步骤：

当太阳辐射充足时，镜场1将太阳光聚集到集热器2上，以加热集热器2中的二氧化碳，集热器2输出的高温高压二氧化碳进入透平3中做功，透平3转动拖动压缩机6及电动发电机7转动，透平3输出的乏气经回热器4的热侧放热后进入到冷却器5中冷却，然后进入到压缩机6中压缩，压缩机6输出的压缩后的二氧化碳经回热器4的冷侧回热后进入到集热器2中加热，电动发电机7转动产生的交流电经整流电路8整流后存储到液态金属电池9中，同时电动发电机7将产生的部分交流电输出给负载，为负载供电；

当太阳辐射不足时，液态金属电池9输出的直流电经逆变器10转换为交流电，然后为负载供电；

当系统由停机状态启动时，液态金属电池9输出的直流电经逆变器10转换为交流电，以驱动电动发电机7转动，电动发电机7拖动透平3及压缩机6转动，实现系统的启动。

需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如压缩机6的类型，冷却器5的冷却介质等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。

技术特征：

1.一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，包括镜场(1)、集热器(2)、透平(3)、冷却器(5)、压缩机(6)、电动发电机(7)、整流电路(8)、液态金属电池(9)及逆变器(10)；

镜场(1)与集热器(2)相配合，集热器(2)的出口与透平(3)的入口相连通，透平(3)的出口与冷却器(5)的入口相连通，冷却器(5)的出口与压缩机(6)的入口相连通，压缩机(6)的出口与集热器(2)的入口相连通，透平(3)与电动发电机(7)相连接，电动发电机(7)的输出端与整流电路(8)的输入端及负载相连接，整流电路(8)的输出端与液态金属电池(9)的充电接口相连接，液态金属电池(9)的输出端与逆变器(10)的输出端相连接，逆变器(10)的输出端与电动发电机(7)的电源接口及负载相连接。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，压缩机(6)、透平(3)及电动发电机(7)同轴布置。

3.根据权利要求1所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，还包括回热器(4)，其中，透平(3)的出口经回热器(4)的热侧与冷却器(5)的入口相连通，压缩机(6)的出口经回热器(4)的冷热与集热器(2)的入口相连通。

4.一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电方法，其特征在于，基于权利要求3所述的基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统，包括以下步骤：

当太阳辐射充足时，镜场(1)将太阳光聚集到集热器(2)上，以加热集热器(2)中的二氧化碳，集热器(2)输出的高温高压二氧化碳进入透平(3)中做功，透平(3)转动拖动压缩机(6)及电动发电机(7)转动，透平(3)输出的乏气经回热器(4)的热侧放热后进入到冷却器(5)中冷却，然后进入到压缩机(6)中压缩，压缩机(6)输出的压缩后的二氧化碳经回热器(4)的冷侧回热后进入到集热器(2)中加热，电动发电机(7)转动产生的交流电经整流电路(8)整流后存储到液态金属电池(9)中，同时电动发电机(7)将产生的部分交流电输出给负载，为负载供电；

当太阳辐射不足时，液态金属电池(9)输出的直流电经逆变器(10)转换为交流电，然后为负载供电；

当系统由停机状态启动时，液态金属电池(9)输出的直流电经逆变器(10)转换为交流电，以驱动电动发电机(7)转动，电动发电机(7)拖动透平(3)及压缩机(6)转动，实现系统的启动。

技术总结
本发明公开了一种基于液态金属电池储能的太阳能光热发电系统及方法，包括镜场、集热器、透平、冷却器、压缩机、电动发电机、整流电路、液态金属电池及逆变器；镜场与集热器相配合，集热器的出口与透平的入口相连通，透平的出口与冷却器的入口相连通，冷却器的出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与集热器的入口相连通，透平与电动发电机相连接，电动发电机的输出端与整流电路的输入端及负载相连接，整流电路的输出端与液态金属电池的充电接口相连接，液态金属电池的输出端与逆变器的输出端相连接，逆变器的输出端与电动发电机的电源接口及负载相连接，该系统及方法能够实现液态金属电池储能与太阳能光热发电的结合。

技术研发人员：张纯;杨玉;顾正萌;张一帆;李红智;姚明宇
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2020.06.02
技术公布日：2020.08.21