一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统

1.本实用新型属于太阳能发电及可再生能源技术领域，特别涉及一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统。


背景技术：

2.目前，能源和环境是社会可持续发展的基础，能源短缺和环境污染迫使人们寻求绿色可再生能源的利用；太阳能作为一种无穷无尽的清洁能源，吸引了世界范围内的研究与应用；然而现有太阳能发电系统的稳定性及连续性较差。
3.另外，目前有机朗肯循环广泛应用于低品位能源的利用，但是大部分制冷剂在200～300℃之间存在着热解反应，烷烃类工质虽然在该温度下不发生热解反应，但是其易燃易爆；同时，有机工质在蒸发器中是等温蒸发，受夹点温差的限制，蒸发器中换热性能较差，不可逆损失在有机朗肯循环中是最大的。
4.综上，亟需一种新的基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。
6.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型的一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统，包括：二氧化碳透平、中间换热器、冷却器、压缩机、加热器、氨水透平、喷射器、冷凝器、蒸发器、分离器、储热罐和抛物槽式太阳能集热器；
8.所述抛物槽式太阳能集热器用于通过太阳能集热的方式加热其内预设的导热介质；所述抛物槽式太阳能集热器的导热介质出口经第一管道与所述加热器的热侧通道进口相连通，所述抛物槽式太阳能集热器的导热介质出口还经所述储热罐与所述加热器的热侧通道进口相连通；所述加热器的热侧通道出口经所述蒸发器的热侧通道与所述抛物槽式太阳能集热器的导热介质进口相连通；
9.所述二氧化碳透平用于驱动发电机进行发电；所述二氧化碳透平的出口依次经所述中间换热器的热侧通道、所述冷却器的热侧通道与所述压缩机的进口相连通；所述压缩机的出口经所述加热器的冷侧通道与所述二氧化碳透平的进口相连通；
10.所述氨水透平用于驱动发电机进行发电；所述氨水透平的进口经所述中间换热器的冷侧通道与所述分离器的气体出口相连通；所述氨水透平的出口与所述喷射器的第一进口相连通，所述分离器的液体出口与所述喷射器的第二进口相连通，所述喷射器的出口依次经所述冷凝器的热侧通道、所述蒸发器的冷侧通道与所述分离器的进口相连通。
11.本实用新型的进一步改进在于，所述第一管道设置有调节阀。
12.本实用新型的进一步改进在于，所述储热罐为相变储热罐。
13.本实用新型的进一步改进在于，所述相变储热罐设置有绝热保温层。
14.本实用新型的进一步改进在于，所述冷凝器的热侧通道出口与所述蒸发器的冷侧通道进口之间设置有第一泵。
15.本实用新型的进一步改进在于，所述预设的导热介质为导热油；所述蒸发器的热侧通道出口与所述抛物槽式太阳能集热器的导热介质进口之间还设置有第二泵。
16.本实用新型的进一步改进在于，所述冷却器的冷侧通道用于通入预设温度冷却水，用于将其热侧通道的二氧化碳冷却至35℃。
17.本实用新型的进一步改进在于，所述冷凝器的冷侧通道用于通入常温冷却水。
18.本实用新型的进一步改进在于，还包括：发电机，用于在所述二氧化碳透平或氨水透平的驱动下进行发电。
19.本实用新型的进一步改进在于，还包括：电动机，用于驱动所述压缩机。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
21.本实用新型实施例提供的抛物槽式太阳能集热驱动的发电系统，利用清洁可再生的太阳能进行发电，并且在源头处加入了储热装置，确保了该发电系统的连续性和稳定性，可解决太阳能发电不稳定以及连续性较差的技术问题；另外，本实用新型的发电系统实现了能量的梯级利用，在高温段，采用了安全、紧凑、热效率高的超临界co2布雷顿循环进行发电，可以解决现有有机朗肯循环、蒸汽循环高温发电存在的工质热解、易燃易爆以及部件庞大的难题；低温段采用过热式氨水功循环，可回收利用二氧化碳透平排气来加热饱和浓氨水蒸汽，防止氨水透平中出现液滴以损害氨水透平，采用喷射器可提升氨水功循环的热效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例的一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统的示意图；
24.图1中，1、二氧化碳透平；2、中间换热器；3、冷却器；4、压缩机；5、加热器；6、氨水透平；7、喷射器；8、冷凝器；9、第一泵；10、蒸发器；11、分离器；12、第二泵；13、抛物槽式太阳能集热器；14、调节阀；15、储热罐。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样
使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
28.本实用新型实施例的一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统，包括：二氧化碳透平1、中间换热器2、冷却器3、压缩机4、加热器5、氨水透平6、喷射器7、冷凝器8、蒸发器10、分离器11、储热罐15和抛物槽式太阳能集热器13；抛物槽式太阳能集热器13用于通过太阳能集热的方式加热其内预设的导热介质；抛物槽式太阳能集热器13的导热介质出口经第一管道与加热器5的热侧通道进口相连通，抛物槽式太阳能集热器13的导热介质出口还经储热罐15与加热器5的热侧通道进口相连通；加热器5的热侧通道出口经蒸发器10的热侧通道与抛物槽式太阳能集热器13的导热介质进口相连通；二氧化碳透平1用于驱动发电机进行发电；二氧化碳透平1的出口依次经中间换热器2的热侧通道、冷却器3的热侧通道与压缩机4的进口相连通；压缩机4的出口经加热器5的冷侧通道与二氧化碳透平1的进口相连通；氨水透平6用于驱动发电机进行发电；氨水透平6的进口经中间换热器2的冷侧通道与分离器11的气体出口相连通；氨水透平6的出口与喷射器7的第一进口相连通，分离器11的液体出口与喷射器7的第二进口相连通，喷射器7的出口依次经冷凝器8的热侧通道、蒸发器10的冷侧通道与分离器11的进口相连通。
29.本实用新型实施例提供的系统，集成了co2布雷顿循环和喷射式氨水功循环，高温段采用环保、安全、紧凑、热效率高的co2布雷顿循环，低温段采用了喷射式氨水功循环，实现了能量的梯级利用，该系统具有热效率高、稳定性好、环保、紧凑等优点。相对于现有的基本氨水功循环，所提出的喷射式氨水功循环通过用分离后的稀氨水来引射透平排气，拓宽了透平的膨胀线，增加了功输出，同时将氨蒸汽加热到过热状态，确保了透平中的干蒸汽膨胀。同时，该发电系统配置有热油储罐，将白天存储的太阳能用于晚上发电，确保了系统的连续性与稳定性。
30.请参阅图1，本实用新型实施例的一种基于抛物槽式太阳能集热器的发电系统，其是一种抛物槽式太阳能集热驱动的发电系统，包括：抛物槽式太阳能集热循环、co2布雷顿循环和喷射式氨水功循环。
31.抛物槽式太阳能集热循环中，抛物槽式太阳能集热器13的出口端连接至加热器5，加热器5的出口端连接至蒸发器10，蒸发器10的出口端连接至第二泵12(解释性的，第二泵12具体可为热油泵，通过电机驱动)，第二泵12的出口端连接至抛物槽式太阳能集热器13。抛物槽式太阳能集热器13与加热器5之间设置有调节阀14；抛物槽式太阳能集热器13与加热器5之间设置有储热罐15与调节阀14并列。示例性可选的，储热罐15可为相变储热罐，相变储热罐外部可设置绝热保温材料制成的绝热保温层。
32.co2布雷顿循环中，加热器5的冷侧出口连接至二氧化碳透平1，二氧化碳透平1用于连接发电机并驱动其发电，二氧化碳透平1出口连接至中间换热器2，中间换热器2出口连接至冷却器3，冷却器3出口连接至压缩机4，压缩机4可由电机驱动，压缩机4出口连接至加热器5。
33.喷射式氨水功循环中，蒸发器10冷侧出口连接至分离器11，分离器11出口分两路连接至喷射器7，喷射器7出口连接至冷凝器8，冷凝器8出口连接至第一泵9(解释性的，具体可为氨水泵)，氨水泵可由电动机驱动，氨水泵出口连接至蒸发器10。可选的，分离器11出口的一路连接至中间换热器2，中间换热器2出口连接至氨水透平6，氨水透平6用于连接发电机并驱动其发电，氨水透平6出口连接至喷射器7；分离器11出口的另一路直接连接至喷射器7。
34.目前，在各种太阳能热发电技术中，抛物槽式太阳能热发电技术成熟度最高；其中，采用导热油作为集热器冷却工质时，热油的温度可达到310～400℃。本实用新型实施例提供的抛物槽式太阳能集热驱动的发电系统，利用清洁可再生的太阳能进行发电，并且在源头处加入了储热装置，确保了该发电系统的连续性和稳定性。该系统可用于解决太阳能发电不稳定的问题。该发电系统实现了能量的梯级利用，在高温段，采用了安全、紧凑、热效率高的超临界co2布雷顿循环进行发电，可以解决现有有机朗肯循环、蒸汽循环高温发电存在的工质热解、易燃易爆以及部件庞大的难题。该发电系统采用过热式氨水功循环，即回收利用二氧化碳透平排气来加热饱和浓氨水蒸汽，防止氨水透平中出现液滴以损害氨水透平。该发电系统采用喷射器来提升氨水功循环的热效率。
35.本实用新型实施例提供的抛物槽式太阳能集热驱动的发电系统的工作过程具体包括：
36.高热导热油由抛物槽式太阳能集热器进入加热器，用来驱动co2布雷顿循环，然后低品位的导热油进入蒸发器，用来驱动喷射式氨水功循环，实现了能量的梯级利用，降温后导热油经过第二泵打入抛物槽式太阳能集热器中吸收太阳能集热，实现导热油的循环。可选的，白天阳光充足时，一部分高温导热油进入相变储热罐中将热量储存起来，当晚上没有阳光时，导热油进入相变储热罐中吸收热量，确保发电系统的持续运转，通过改变调节阀的开度可以确保加热器进口导热油的恒温以确保系统的稳定性。
37.压缩机出口的高压co2进入加热器中被高温导热油加热，高压高温的co2进入二氧化碳透平中膨胀做功驱动发电机进行发电，做功后的低压co2先后在中间换热器中被浓氨蒸汽冷却，然后进入冷却器中被冷却水冷却35℃,低温低压的co2进入压缩机增压。co2布雷顿循环为超临界循环，co2始终处于超临界状态，热效率高，结构紧凑。
38.氨水泵出口的高压低温浓氨水溶液进入蒸发器中吸收导热油中的余热完成蒸发过程，产生的气液两相流进入分离器中进行分离，饱和的浓氨蒸汽在中间换热器中被二氧化碳透平排气加热至过热状态，确保氨水透平里的工质始终保持为气态，过热的浓氨蒸汽进入氨水透平中膨胀做功并驱动发电机发电。同时，从分离器出来的高压饱和氨水溶液用来驱动喷射器来引射氨水透平排气，相对于调节阀，降低了氨水透平的排气压力，增加了氨水透平的做功能力，喷射器出口的氨水气液两相流进入冷凝器中被常温水冷凝，然后进入氨水泵中进行加压。
39.综上，本实用新型公开了一种抛物槽式太阳能集热驱动的发电系统，包括抛物槽式太阳能集热循环、co2布雷顿循环和喷射式氨水功循环；该系统主要由抛物槽式太阳能集热器、相变储热罐、加热器、蒸发器、第二泵、二氧化碳透平、中间换热器、冷却器、压缩机、分离器、氨水透平、喷射器、冷凝器、氨水泵组成。该系统将co2布雷顿循环和喷射式氨水功循环进行有效结合，解决了200～400℃之间中低品味热源发电系统有机工质易分解、易燃易
爆的难题；该系统具有热效率高、安全、紧凑、稳定性好的优点，适用于可再生能源、分布式能源等领域，对环境友好。
40.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。