一种多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置的制作方法

本发明属于太阳能热发电技术领域，具体是涉及一种多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置。

背景技术：

太阳能是清洁环保、供应充足和分布广泛的可再生能源。聚光太阳能热发电是开发和利用太阳能资源的一种重要技术，被认为是解决能源短缺和环境污染问题的重要途径。碟式-斯特林太阳能热发电系统是通过抛物碟式聚光器将太阳光聚集到接收器内的金属盘管表面，并用于加热金属管内的气体工质(通常为氢气或氦气)，然后被加热的气体工质会驱动斯特林热机工作并带动发电机工作输出电能。由于碟式-斯特林太阳能热发电系统具有太阳能-电能转换效率高(最高纪录是31.25%)，布置灵活和模块化程度高等优点，被认为是一种具有广阔应用前景的高品位太阳能热利用装备。

碟式-斯特林太阳能热发电装备主要包括聚光器反射镜面，聚光器网架结构，支撑立柱和用于安装斯特林热机的支撑桁架结构，双轴跟踪装置和斯特林热机(包含发电机等)组成。除斯特林热机外其余部件一般统称为碟式聚光系统。由于碟式聚光系统需要实时准确的跟踪太阳位置和有效的将太阳光聚焦到热接收器的预定区域，碟式系统的制造精度和运行精度要求高，其制造成本也高。由于大功率的斯特林热机研制难度大且工作可靠性低，一般的碟式电站应用了小功率的斯特林热机(例如10kw，25kw)。然而，一个大型的集中式碟式-斯特林发电站往往需要包含成百上千的碟式-斯特林发电装备，如果采用小功率(例如10kw)的斯特林热机则要布置更多的碟式-斯特林发电装备，这样会显著的增加碟式电站的制造成本。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多台斯特林热机共用碟聚光器的太阳能热发电装置，该太阳能热发电装置通过将多台不同型号或同型号的斯特林热机共用一套碟式聚光系统，减少了太阳能光热电站建设中碟式聚光系统的数量，降低了太阳能光热电站的建设成本。

本发明采用的技术方案是：一种多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置，包括碟式聚光系统、多台斯特林热机和电能输出器；所述的碟式聚光系统包括聚光器、立柱、双轴跟踪装置、支撑桁架和控制系统，所述的双轴跟踪装置安装在立柱顶端，所述的支撑桁架下端与双轴跟踪装置连接；所述的聚光器包括聚光器网架、安装在聚光器网架上的反射镜面，所述的聚光器中心的u型体与支撑桁架的下端固定连接，所述的控制系统能够计算太阳的实时位置并控制双轴跟踪装置的转动，实现聚光器实时跟踪太阳位置；其特征在于：所述的反射镜面由多种曲面几何形状反射镜面组成，多种曲面几何形状反射镜分别形成一个聚焦点；多台斯特林热机分别安装在相对应的曲面几何形状的反射镜的聚焦点位置，接收聚集的太阳光能。

上述的多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置中，反射镜面由三种曲面几何形状反射镜面组成，三种曲面几何形状反射镜面分别为反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ，反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ由内向外依次安装在聚光器网架上；反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ的曲面形状为焦轴线重合曲面；反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ的曲面的焦距依次增加或依次减小。

上述的多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置中，包括三台斯特林热机，分别为斯特林热机ⅰ、斯特林热机ⅱ和斯特林热机ⅲ，三台斯特林热机安装在支撑桁架上，且各斯特林热机中的腔体吸热器的轴线重合并位于聚光器的反射镜面的焦轴上；斯特林热机ⅰ、斯特林热机ⅱ和斯特林热机ⅱ的腔体接收器分别位于反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ的焦点位置。

上述的多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置中，所述的聚光器中反射镜面ⅰ、反射镜面ⅱ和反射镜面ⅲ采用的曲面为抛物线形状的曲面、球面形状的曲面或椭球形状的曲面。

上述的多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置中，还包括补气装置；所述的补气装置分别与多台斯特林热机通过独立的管道连接，且补气装置与斯特林热机连接的管道上设有流量控制装置和压力的补气调节装置。

上述的多台斯特林热机共用碟式聚光器的太阳能热发电装置中，所述的多台斯特林热机的动力输出轴分别连接一发电机，所述的电能输出器与各发电机的电能输出导线连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在大规模集中式太阳能光热电站的建设中，可以在保证相同发电功率的同时，有效的减少了聚光系统的数量，能够显著地降低太阳能光热电站的制造成本。

2、本发明拓展了小功率斯特林热机的应用途径，即可以通过多台小功率斯特林热机安装在同一套碟式聚光系统上实现大功率的输出，避免了单台斯特林热机配置单套聚光系统的高价格的不足。

3、本发明可以通过更换成相同几何形状的镜面来用于大功率的单台斯特林热机发电，也可以安装更多不同焦距的几何形状来实现更多斯特林热机的发电，即仅需更换反射镜面就可以实现不同的应用方式，提高了基础部件的共用性，减少了太阳能光热电站建设中碟式聚光系统的数量，从而降低太阳能光热电站的建设成本。

附图说明

图1为常规的碟式斯特林太阳能热发电装置的结构图。

图2为本发明的结构示意图。

1—碟式聚光系统，2—聚光器网架，3—反射镜面，4—双轴跟踪装置，5—支撑桁架，6—斯特林热机，7—控制系统，8—电能输出器，9—立柱，10—反射镜面ⅰ，11—反射镜面ⅱ，12—反射镜面ⅲ，13—斯特林热机ⅰ，14—斯特林热机ⅱ，15—斯特林热机ⅲ，16—补气装置，17—聚光器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图2所示，本发明包括碟式聚光系统1、三台斯特林热机6、补气装置16和电能输出器8。所述的碟式聚光系统1包括聚光器17、立柱9、安装在立柱9顶端的双轴跟踪装置4、支撑桁架5和控制系统7。所述的聚光器17包括聚光器网架2和安装在聚光器网架2上的反射镜面3。所述的聚光器17中心的u型体与支撑桁架5的下端固定连接，所述的支撑桁架5与双轴跟踪装置4连接。所述的控制系统7能够计算太阳的实时位置并控制双轴跟踪装置4的转动，用于实现聚光器实时跟踪太阳位置。

所述的反射镜面3由三种曲面几何形状的反射镜面组成，三种曲面几何形状的反射镜面分别为反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12，所述的反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12依次由内向外安装在聚光器网架2上。反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12为焦轴线重合的抛物线形状的曲面。反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12的抛物线形状的曲面的焦距依次增加（也可以依次减小）。所述的聚光器17中反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12还可以采用球面形状的曲面或椭球形状的曲面。

所述的三台斯特林热机6分别为斯特林热机ⅰ13、斯特林热机ⅱ14和斯特林热机ⅲ15，三台斯特林热机6安装在支撑桁架5上，且斯特林热机ⅰ13、斯特林热机ⅱ14和斯特林热机ⅲ15中的腔体吸热器的轴线重合,并位于聚光器17的反射镜面3的焦轴上。斯特林热机ⅰ13、斯特林热机ⅱ14和斯特林热机ⅱ15的腔体接收器分别位于反射镜面ⅰ10、反射镜面ⅱ11和反射镜面ⅲ12的焦点位置。

所述的补气装置16用于斯特林热机中气体工作工质泄漏后的补充，以及调节工质运行压力。补气装置16安装在支撑桁架5上，通过独立的管道分别与斯特林热机ⅰ13、斯特林热机ⅱ14和斯特林热机ⅲ15连接，且管道上设有流量控制装置和压力的补气调节装置。所述的斯特林热机ⅰ13、斯特林热机ⅱ14和斯特林热机ⅲ15的动力输出轴分别连接有发电机，所述的电能输出器8与各发电机的电能输出导线连接，用于实现电能的变频和后续的输出并网控制。

本发明在大规模集中式太阳能光热电站的建设中，可以在保证相同发电功率的同时有效的减少聚光系统的数量，可以显著的降低太阳能光热电站的制造成本。再者，本发明拓展了小功率斯特林热机的应用途径，即可以通过多台小功率斯特林热机安装在同一套碟式聚光系统上实现大功率的输出，避免了单台大功率斯特林热机配置单套聚光系统的高价格的不足。此外，本发明可以通过更换成相同几何形状的镜面来用于大功率的单台斯特林热机发电，也可以安装更多不同焦距的反射镜面来实现更多斯特林热机的发电，仅需更换反射镜面就可以实现不同的应用方式，提高了基础部件的共用性。