太阳能间接与直接蒸发耦合的有机朗肯循环发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太阳能间接与直接蒸发耦合的有机朗肯循环发电系统，是一种太阳能低温热能高效利用新方法与技术，属于能源与环境技术领域。
【背景技术】
[0002]电力生产在现代生产生活中扮演着越来越重要的角色，可以说电力供应是整个社会发展的瓶颈。一个世纪以来，电力工业严重依赖于化石燃料，虽然近年来随着超临界朗肯循环等技术的应用，煤电效率逐步提高(现在世界上最新技术已经能达到近50%的热效率)，但电力工业依然是二氧化碳及二氧化硫严重环境污染物主要的排放源，同时随着石化燃料的枯竭，开采的成本和难度会越来越大，因此加大对新能源开发的力度，减少对化石燃料的依赖，使用更清洁的能源是现在人类的必然选择。
[0003]太阳的辐射功率达3.8 X 1023kW，其中，地球截取的太阳能辐射能通量为1.7 X 114kff,比核能，地热和引力能储量总和还要大5000多倍。据估算，太阳在一月之内辐射到地球上的能量，可抵地球上包括石化燃料、原子能等在内的所有不可再生能源总储量的10倍之多，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。我国属太阳能资源相当丰富的国家，国土面积的2/3地区年日照时数大于2200h，单位面积太阳能辐射总量高于5016MJ/m2。因此，研宄太阳能发电技术对我国乃至全人类的持续发展有重要意义。太阳能发电可在不对环境带来任何污染和公害情况下，将太阳能转化为电能，太阳能发电被誉为未来最理想的发电方式。
[0004]同时，有机朗肯循环由于使用有机工质，可以在较低的温度下产生较高压力的蒸气，非常适合太阳能等中低温热能的应用，将太阳能与有机朗肯循环有机结合起来，建立高效的太阳能有机朗肯循环发电系统，有望成为构建分布式能源供应系统的重要技术措施。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种太阳能间接与直接蒸发耦合的有机朗肯循环发电系统，按温度高低将将太阳能间接有机朗肯循环发电系统与直接蒸发有机朗肯循环发电系统有机结合在一起，同时根据温度选择不同的集热管，不仅实现了能量的梯级利用，还提高了热效率，降低了系统的成本。
[0006]解决本实用新型的技术问题所采用的方案是:太阳能间接与直接蒸发耦合的有机朗肯循环发电系统，包括传热流体回路、高温级有机工质回路、低温级有机工质直接蒸发回路、冷却水回路，传热流体回路与高温级有机工质回路连接，高温级有机工质回路通过低温级有机工质直接蒸发回路与冷却水回路连接；
[0007]其中传热流体回路包括太阳能集热器1、热流体罐2、蒸发器4、冷流体罐5，太阳能集热器I出口一路直接连通至蒸发器4的热流体进口，另一路通过管道与热流体罐2连接，热流体罐2通过传热流体循环泵I 3与蒸发器4的热流体进口连通，蒸发器4的热流体出口与冷流体罐5连通，冷流体罐5出口通过传热流体循环泵II 6与太阳能集热器I进口连接，同时太阳能集热器I出口另一路连通至冷流体罐5出口处，被太阳能集热器I加热了的传热流体与从冷流体罐5出来的传热流体混合，被传热流体循环泵II 6加压后进入太阳能集热器I进行加热；高温级有机工质回路包括透平I 7、励磁发电机I 8、回热器9、冷凝/预热器10、储液罐I 11，传热流体回路的蒸发器4冷流体出口分别与透平I 7、回热器9热流体进口连接，透平I 7出口与回热器9热流体进口连接，回热器9的热流体出口与冷凝/预热器10的热流体进口连接，冷凝/预热器10热流体出口与储液罐I 11连接，储液罐I 11通过工质加压泵I 12与回热器9的冷流体进口连接，回热器9的冷流体出口与蒸发器4的冷流体进口连接，透平I 7与励磁发电机I 8连接；低温级有机工质直接蒸发回路包括太阳能直接蒸发器13、透平II 14、励磁发电机II 15、冷凝器16、储液罐II 17，高温级有机工质回路的冷凝/预热器10的冷流体出口与太阳能直接蒸发器13进口连接，太阳能直接蒸发器13出口分别与透平II 14、冷凝器16的热流体进口连接，透平II 14出口与冷凝器16热流体进口连接，冷凝器16的热流体出口与储液罐II 17进口连接，储液罐II 17通过工质加压泵II 18与冷凝/预热器10的冷流体进口连接，透平II 14与励磁发电机II 15连接；冷却水回路包括冷却塔19、冷却水泵20，冷凝器16的冷流体出口与冷却塔19的布水管连接，冷却塔19通过冷却水泵20与冷凝器16冷流体进口连接。
[0008]所述太阳能集热器I为槽式聚光集热器，太阳能集热器I的集热管为带真空层的集热管，集热管包括金属管和玻璃管，玻璃管套装在金属管外，金属管和玻璃管间为真空。
[0009]太阳能直接蒸发器13中的集热管包括金属管和玻璃管，玻璃管套装在金属管外，金属管和玻璃管间为空气。
[0010]所述高温级有机工质回路采用R123、R245fa、甲苯、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、环戊烷、庚烷、R113、R11、环己烷、苯、邻二甲苯、乙基苯、6甲基2硅氧烷、8甲基3硅氧烷、10甲基4硅氧烷或12甲基5硅氧烷及由这些纯工质组成的混合工质作循环工质，根据实际需要具体选择。
[0011]所述低温级有机工质直接蒸发回路采用R143a、R290、氨、C02、R22、R125、R236fa、R236ea、R134a或R227ea及由这些纯工质组成的混合工质作循环工质，根据实际需要具体选择。
[0012]所述传热流体回路使用高温导热油。
[0013]所述的热流体罐、冷流体罐采用圆柱形金属罐，同时再外部加装保温材料，根据实际需要具体确定。
[0014]所述的太阳能集热器均采用槽式聚光集热器，提高集热温度，太阳能集热器因为温度较高，采用带真空层的集热管，而太阳能直接蒸发器则温度较低，采用带空气层的集热管。
[0015]本实用新型依据传热流体回路选定的工质种类、高温级有机工质回路选定的工质种类、低温级有机工质直接蒸发回路选定的工质种类，按需要的发电容量安装太阳能集热器、热流体罐、传热流体循环泵、蒸发器、冷流体罐、透平、励磁发电机、回热器、冷凝/预热器、储液罐、工质加压泵、太阳能直接蒸发器、冷凝器、冷却塔、冷却水泵及其管路与配件；根据各管路容积计算循环工质的充注量，将循环工质计量充入循环管路中。
[0016]本实用新型的工作原理是:
[0017]从太阳能集热器I中出来的被加热了的传热流体一路可以通过管路与从冷流体罐5出来的传热流体混合，达到预热效果；一路则进入热流体罐2中储存起来，当太阳辐照强度不足时拿来使用；另一路则直接进入蒸发器4热流体进口，热流体罐2中的传热流体经过传热流体循环泵I 3加压后进入蒸发器4热流体进口，传热流体在蒸发器4中释放热量使有机工质蒸发后从蒸发器4热流体出口出来，进入冷流体罐5进口，接着从冷流体罐5出口出来与被太阳能集热器I加热的热流体混合后一起被传热流体循环泵II 6加压后进入太阳能集热器I进行加热，完成一个循环。从蒸发器4冷流体出口出来的有机工质蒸气一路进入透平I 7膨胀后输出轴功，带动励磁发电机I 8转动，输出电能；当有机工质蒸气达不到发电所需压力时，则从旁通通过。从透平I 7出口出来的乏气和达不到压力的蒸气均进入回热器9热流体进口，在回热器9中释放热量并预热被工质加压泵I 12加压后的有机工质，然后从回热器9热流体出口出来，进入冷凝/预热器10热流体进口，在冷凝/预热器10中被冷凝成液体后从冷凝/预热器10热流体出口出来，然后进入储液罐I 11进口，接着从储液罐I 11出口出来的有机工质经过工质加压泵12加压后进入回热器9冷流体进口，在回热器9中吸收热量预热后从回热器9冷流体出口出来，然后进入蒸发器4冷流体进口，在蒸发器中吸热蒸发气化，完成一个循环。有机工质在冷凝/预热器10中吸热预热后，从冷凝/预热器10冷流体出口出来，进入太阳能直接蒸发器13进口，在太阳能直接蒸发器13中吸收太阳热量蒸发气化后从太阳能直接蒸发器13出口出来，一路进入透平II 14膨胀后输出轴功，带动励磁发电机II 15转动，输出电能；当有机工质蒸汽达不到发电所需压力时，则从旁通通过。从透平II 14出口出来的乏气和达不到压力的蒸气均进入冷凝器16热流体进口，在冷凝器16中被冷凝成液体后然后从冷凝器16热流体出口出来，进入储液罐II 17进口，然后从储液罐II 17出口出来后被工质加压泵II 18加压后进入冷凝/预热器10冷流体进口，在里面吸热预热，完成一个循环。从冷却塔19出来的冷却水经冷却水泵20输送至冷凝器16中对有机工质回路里的工质进行冷凝，之后返回冷却塔19的布水管，经过冷却后进入塔底集水盘，完成一个循环。
[0018]本系统按温度高低将将太阳能间接有机朗肯循环发电系统与直接蒸发有机朗肯循环发电系统有机结合在一起具有机朗肯循环具有以下有益效果:
[0019](I)实现了能量的梯级利用，同时太阳能间接式发电与直接蒸发发电相结合，提高了热效率。
[0020](2)高温级有机工质回路拥有热流体罐，具有蓄热功能，能稳定地输出电能。
[0021](3)根据温度高低分别采用带真空的集热管与不带真空管的集热器，减少了成本。
[0022](4)与普通水蒸汽朗肯发电循环相比提高了发电效率。
[0023](5)极大地降低了发电过程有害物质COx、产生与排放。
[0024](6)能将资源十分丰富的低密度太阳能及多种低品位燃料高效地转化为电能。
[0025](7)便于实现个性化的发电系统，适合对一些不宜集中供电或电力供应不足地区提供电力，如山区、牧区、零星岛屿、散居农家、偏远地质公园、对供电安全要求极高的军事基地等。
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型发电系统的结构示意图；
[0027]图2为传热流体回路使用的太阳能集热器中的集热管的剖面结构示意图；
[0028]1-太阳能集热器；2_热流体罐；3_传热流体循环泵I ;4_蒸发器；5_冷流体罐；6-传热流体循环泵II ;7_透平I ;8_励磁发电机I ;9_回热器；10-冷凝/预热器；11-储液罐I ;12_工质加压泵I ;13_太阳能直接蒸发器；14-透平II ;15_励磁发电机II ;16_冷凝器；17-储液罐II ; 18-工质加压泵II ; 19-冷却塔；20_冷却水泵；21_金属管；22_真空；23-玻璃管。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步阐述，但本实用新型的保护范围不限于所述内容。
[0030]实施例1:在昆明地区建一太阳能间接与直接蒸发耦合的有机朗肯循环发电系统，高温级有机工质回路中发电机的输出功率为30kW，低温级有机工质回路中发电机的输出功率为20kW，总共为50kW。
[0031]该太阳能间接与直接蒸发耦合