一种全新的太阳能光热发电系统集成设计方案的制作方法
【技术领域】
[0001]太阳能光热发电，在世界上已经商业应用30多年，是中国未来基础能源的最重要组成部分。CSP太阳能光热发电作为“战略性新兴产业”近年来越来越受到国家的重视。国家能源局规划，“十二五”新增太阳能热发电总装机容量100万千瓦。鼓励国内外企业合作开展太阳能发电相关前沿技术、共性技术研宄，重点开展应用技术研宄开发，与欧美国家联合开展太阳能发电系统集成设计、太阳能资源测评、太阳能发电预测技术研宄。
[0002]本发明即属于太阳能发电系统集成设计领域。
【背景技术】
[0003]太阳能光热发电国际上简称CSP，以太阳能集热系统(热力岛)，热交换系统(动力岛)，电力发生系统(电力岛)构成。热力岛采用聚光技术将太阳光的辐射热进行收集，通常采用的方式为抛物面槽式反射聚光、平面反射塔式聚光、抛面镜碟式聚光、平面反射线形菲涅尔式聚光四种形式；动力岛为聚集的太阳光辐射热与做功介质进行热量交换，通常为产生干汽(过热蒸汽或气化有机溶剂)；动力岛完成两大功效即，热功转换为机械能，机械能转换为电能。
【发明内容】
[0004]全新的太阳能光热发电系统集成方案，包括:
[0005]1、根据太阳能电厂的地理位置，最优化集热系统排列方式，最大化利用土地使用面积及集热空间；
[0006]2、集热介质采用低熔点多元熔融盐取代现存的以导热油、水为集热载体的方式；
[0007]3、集热器支架及聚光单元轻型化；
[0008]4、保温方式革新；
[0009]5、大规模储热实现全天发电；
[0010]6、创新的余热二次发电及热应用。
【具体实施方式】
[0011]在太阳能光热发电整体技术上取得了完全的突破，已经在“察北64MW槽式太阳能光热发电项目”中完成了系统集成及工业设计。
[0012]1、电站集热系统单元采用东西摆放，由南至北阵列，最大限度利用土地资源。
[0013]在靠近赤道地区，阵列布置可南北可东西，在远离赤道的中国北方地区，南北阵列遮光效应极大；同时南北阵列的太阳追踪控制系统设计复杂，时时都要追踪，控制及操作要求高。东西阵列间距6-12米，遮光效应最小，占用土地面积节省30%以上；逐日系统设计参数简单，每天只需要微调即可，对控制及操作系统要求简单。
[0014]2、集热系统单元支架采用铝合金管网架结构，轻型化且高强度。
[0015]支架的重量对集热系统的基础影响巨大，由于太阳能集热器要求抵抗项目地最大风力，一般设计风速不低于140公里/小时，现有的玻璃反射镜集热系统质量重、体积大，为满足强度要求，基础及支架设计庞大，施工及制作安装工占总工程造价20%以上。采用铝合金管网架，强度高，重量轻，基础施工作业面小，造价仅有玻璃反射镜面支架结构的2/3，并且在电站运行期间可实现免维护。
[0016]3、集热系统聚光采用非玻璃镜面反射膜技术，整幅铝制压膜反射板一次性续入抛物线形导轨中，达到100 %的安装精度，反射板终生无破损。
[0017]传统CSP聚光采用玻璃材料，弧面玻璃制造工艺复杂，价格昂贵；现场需要分块安装，调整工艺复杂，安装及使用过程中破碎不可避免，聚光精度与设计精度有5%左右的偏差，严重影响运行时实际的集热效果。采用非玻璃反射聚光系统，聚光膜成卷可运至施工现场，抛物线形状聚光肋板及铝合金基板可成整片运至施工现场，支架为网架栓接，在支架安装同时完成反射板安装，无需调整，可使聚光精度与设计数值完全吻合，施工工时为玻璃镜面集热系统的三分之一。
[0018]4、热交换系统集热采用低熔点熔融盐，成本低安全可靠。熔融盐的相变点已经实现100摄氏度以下，工作温度可高于500度。
[0019]集热流体常规设计采用导热油或者太阳熔盐，用于CSP槽式或塔式系统中。由于导热油400度发生焦化，太阳熔盐凝结温度170度，槽式系统集热系统设计的温度范围只能在此区间，塔式系统由于低温报警设定为220度，集热系统安全运行一直是业内的设计疵点。采用低凝固点的熔融盐，可以使集热工作温度最低控制在水沸点温度以下，安全运行的设计难点一步克服，可以实现最大效率利用太阳能光热资源。
[0020]5、热交换系统熔融盐管道、熔融盐蓄热罐体、蒸汽管道保温采用碳纤维发热材料及发泡型聚能材料复合处理。
[0021]蒸汽伴管与电热丝保温与硅酸盐保温材料保温一直是CSP系统管道及罐体保温的方式，建设造价高及运行维护成本高也增加了 CSP电站的单位电价成本。采用碳纤维电阻丝可以瞬间加热管道低温拐角，杜绝集热换热介质凝固事故发生，同时采用现场喷涂高质低价的发泡型聚能保温材料，保证保温材料外表温度与大气温度一致，最大程度减少热能散失。
[0022]6、热交换系统储热及换热使用多元熔融盐，采用大规模储热，实现24小时连续发电，无天然气或其它燃料辅助锅炉，年发电工时与火电厂等同。
[0023]24小时连续发电是CSP替代火电站的基本要求，大规模储热技术由于成本及夜间与冬季运营安全原因在欧美CSP电站基本没有应用。以低凝点高热容为核心的16小时储热系统设计，可以保证电站最多9000小时的满负荷发电，保守的以60%左右的运行时间计算，可以实现不低于5500小时的发电时间。同时大规模储热可以保证电站可以根据需要控制过热蒸汽流量，按需调节发电时间及发电量。即使检修时的停机或重新启动发电机组，也不需要辅助燃料产生蒸汽，保证了电站设备的运行安全。
[0024]7、一次发电后，中低温余热利用单螺杆膨胀机与有机朗肯循环配合进行二次发电及余热应用于植物工场。
[0025]中低温发电采用有机朗肯循环是理论上最为可行的方案，其中关键设备为膨胀机，应用单螺杆膨胀机可降低系统投资80%，使中低温发电成为现实可行的技术方案；发电后的余热还可以利用于干燥产品及采暖。彻底打通了高温到低温的热能阶梯利用的通O ThV
【主权项】
1.集热系统排列方式采用集热器东西向摆放，由南至北排列，间距6-12米。要求取得此设计方案的独家发明权。
2.集热系统支架采用铝合金管网结构，反射器采用铝合金板覆盖膜式反射材料。要求取得轻型化设计的发明权。
3.集热管内流体采用低凝固点、高集热温度专用熔融盐替代导热油或水，申请工艺设计方案的发明权。
4.管道及罐体采用碳纤维电热材料备用，保温层用喷涂发泡型聚能材料保温方案的发明权。
5.利用熔融盐大规模储热罐双罐系统，实现24小时全天满负荷发电，申请按全天发电进行储热设计方案的发明权。
6.一次发电后的150-300度中低温采用有新型机朗肯循环系统进行二次发电然后余热进行干燥及采暖，申请CSP太阳能光热发电领域二次发电及余热利用方案的发明权。
【专利摘要】本发明即属于太阳能发电系统集成设计领域，采用了全新的太阳能光热发电系统集成方案，对太阳能光热发电系统中的集热、储热换热两大系统进行了革命性的升级，并对发电进行了一次发电后的二次发电与余热利用延伸，包括：1、根据太阳能电厂的地理位置，最优化集热系统排列方式，最大化利用土地使用面积及集热空间；2、集热介质采用低熔点多元熔融盐取代现存的以导热油、水为集热载体的方式；3、集热器支架及聚光单元轻型化；4、保温方式革新；5、大规模储热实现全天发电；6、创新的余热二次发电及热应用。
【IPC分类】F03G6-06, F01K25-10
【公开号】CN104632558
【申请号】CN201410748088
【发明人】杨玉荣
【申请人】杨玉荣
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月10日