一种太阳能光热熔盐储热系统及方法与流程

一种太阳能光热熔盐储热系统及方法
1.技术领域：本发明涉及太阳能光热储热技术领域，更具体的说，它涉及一种太阳能光热熔盐储热系统及方法。
2.

背景技术：
为了解决现有能源的短缺性，以及提高能源的利用效率问题，我国大力发展新能源技术，先后在太阳能光热利用领域、风能资源储能领域以及在生物质能储能领域开展储能的技术研究，并且在太阳能光热储热技术领域取得明显进展。目前，大部分的太阳能光热储热技术领域都是使用熔盐储热技术。
3.申请号为cn201811622335.1公布了一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法，本发明提供了一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统，所述熔盐储热系统包括：高温熔盐储罐(1)、混合器(7)、预热器(4)、低温熔盐储罐(2)、镜场(13)以及多个管道；本发明提供的技术方案，利用混合器将高温熔盐储罐的高温熔盐与蒸汽发生器出口的低温熔盐进行混合，提高了进入预热器进口熔盐温度降低了因负荷调整及环境等因素导致的预热器冻堵的风险；夜间工况下，镜场管路回流的低温熔盐经混合器与高温熔盐进行混合，提高了流入镜场管路中的熔盐温度，提高了夜间镜场回路中熔盐安全运行的裕量，降低了镜场回路中熔盐冻堵的风险，但是上述发明中未考虑到熔盐在熔盐输送管道进行运输时会损耗热量，该热量不加以利用使得整体储热性能较低。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中未考虑到熔盐在熔盐输送管道进行运输时会损耗热量，该热量不加以利用使得整体储热性能较低的问题，本发明提供一种能够收集熔盐在熔盐输送管道损耗的热量，并且进行储热，提高储热性能的太阳能光热熔盐储热系统。
5.一种太阳能光热熔盐储热系统，包括有聚光集热子系统、聚光集电子系统、储热子系统和熔盐-导热油-水换热子系统，其中聚光集热子系统用于收集的太阳能并且转化为热能，聚光集热子系统包括有太阳能集热板和太阳能储热模块，聚光集热子系统与储热子系统相连接，通过聚光集热子系统收集太阳能并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐，并且将热量储存在储热子系统中；聚光集电子系统用于收集的太阳能并且转化为电能，聚光集电子系统包括有太阳能电池板和太阳能储电模块，聚光集电子系统与储热子系统相连接，通过聚光集电子系统收集太阳能并将该太阳能转换为电能对储热子系统中的冷熔盐进行预热，并且将部分电能储存在太阳能储电模块中，稳定保持冷熔盐的预热温度；储热子系统用于将熔融态的熔盐中的热能进行储存，储热子系统包括熔融盐储罐冷罐、熔融盐储罐热罐、冷熔盐预热加温管、筛网、保温层、冷盐输送泵和热盐输送泵；熔融盐储罐冷罐用于收集储存熔融盐储罐热罐经过换热降温后的冷熔盐；熔融盐储罐热罐用于储存太阳能转换为热能而加热熔融态的热熔盐，用于进行储热，作为发电和供热的能量来
源；冷熔盐预热加温管用于对熔融盐储罐冷罐中的熔盐进行预热，达到熔融状态的冷熔盐；筛网用于将混合的熔盐进行筛选去除杂质；保温层用于对熔融盐储罐冷罐和熔融盐储罐热罐进行保温，减缓热量流失；冷盐输送泵用于为输送冷熔盐提供动力；热盐输送泵用于为输送热熔盐提供动力；熔盐-导热油-水换热子系统用于将储存的热能进行换热利用，包括换热器，用于将熔融盐储罐热罐里的热熔盐通过换热器与导热油-水进行换热，换热后的热熔盐变成冷熔盐，流入熔融盐储罐冷罐。
6.进一步地，还包括有循环升温转化子系统和循环放热转化子系统，其中循环升温转化子系统用于将低温的冷熔盐循环加热至热熔盐的合适温度，循环升温转化子系统包括温度传感器、循环转化吸热器和第一水泵；温度传感器用于实时监测循环转化吸热器内的温度，判定冷熔盐是否达到进入熔融盐储罐热罐储热的温度；循环转化吸热器用于将冷熔盐进行循环吸收热能从而加热至热熔融态的热熔盐；第一水泵用于为热熔盐输送至熔融盐储罐热罐提供动力；循环放热转化子系统用于将高温的热熔盐循环热交换降温至冷熔盐的合适温度，循环放热转化子系统包括温度传感器、循环转化放热器和第二水泵；温度传感器用于实时监测循环转化放热器内的温度，判定热熔盐是否达到进入熔融盐储罐冷罐存放的温度；循环转化放热器用于将热熔盐进行循环热交换从而达到供热和发电作用；第二水泵用于为冷熔盐输送至熔融盐储罐冷罐提供动力。
7.进一步地，还包括有余热储热子系统，余热储热子系统包括有余热储热箱，用于储存热熔盐通过热盐输送泵输送至循环转化放热器时散发的热能。
8.进一步地，熔盐-导热油换热系统采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种，优先选用管壳式换热器；导热油-水换热系统采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
9.一种太阳能光热熔盐储热方法，包括如下步骤：s1：选取熔盐选取硝酸钾、硝酸钠和硝酸银进行混合，混合后的硝酸盐作为熔盐；s2：筛选存储熔盐将s1中混合好的熔盐倒入熔融盐储罐冷罐的筛网上，去除熔盐中的杂质，熔盐经过筛网后掉入熔融盐储罐冷罐中；s3：收集储存太阳能利用太阳能集热板收集太阳能并且转化为热能，大部分为循环转化吸热器供热，部分存储到太阳能储热模块中，利用太阳能电池板收集太阳能并且转化为电能，大部分为熔融盐储罐冷罐中供电，部分存储到太阳能储电模块中；s4：太阳能转化为电能对熔融盐储罐冷罐预热太阳能转化为电能后，太阳能电池板驱动冷熔盐预热加温管启动，将熔融盐储罐冷罐中冷熔盐进行预热，使得熔融盐储罐冷罐中的冷熔盐温度达到180-300℃；s5：太阳能转化为热能加热熔融态的熔盐太阳能转化为热能后，将s4中的冷熔盐通过热盐输送泵从熔融盐储罐冷罐中抽取至循环转化吸热器中，太阳能集热板为循环转化吸热器提供热量，使得循环转化吸热器循
环加热冷熔盐，使得冷熔盐温度达到700-1000℃得到热熔盐；s6：太阳能光热熔盐储热将s5中加热得到的热熔盐通过第一水泵从循环转化吸热器中抽取至熔融盐储罐热罐中，热熔盐存储到熔融盐储罐热罐中，实现储热；s7：熔融盐储罐热罐和熔融盐储罐冷罐的保温在熔融盐储罐热罐和熔融盐储罐冷罐外壁设有保温层，防止熔融盐储罐热罐和熔融盐储罐冷罐中的热量流失；s8：实时监测熔融盐储罐冷罐中的温度采用温度传感器实时监测熔融盐储罐冷罐中熔盐的温度，监测到熔融盐储罐冷罐中的温度为120-150℃时，若此时太阳能电池板仍在工作，则进入s4；若太阳能电池板1未在工作，此时太阳能储电模块驱动冷熔盐预热加温管启动，将熔融盐储罐冷罐中冷熔盐进行预热；s9：熔融盐储罐热罐的放热当需要发电或者供热时，将熔融盐储罐热罐里的热熔盐通过第二水泵从熔融盐储罐热罐中抽取至循环转化放热器中，余热储热箱会将熔盐输送管道外部散发的热量进行收集储热，热熔盐会在循环转化放热器内流动散发出热量，通过换热器与导热油-水进行换热，水蒸汽带动汽轮机运作将热能转化为动能，通过与汽轮机同轴的发电机组中线圈切割磁力线，从而将动能产生电能，以及循环水加热至供暖温度进行供暖，温度传感器实时监测循环转化放热器中的温度；s10：热熔盐降温后回收当s9中温度传感器监测到循环转化放热器中的温度范围为300-350℃时，将循环转化放热器中降温后的热熔盐抽取至熔融盐储罐冷罐中。
10.进一步地，将s1中的熔盐加入质量分数为5%-30%的石墨，用于增加熔盐的储热性质。
11.进一步地，s1中硝酸钾、硝酸钠和硝酸银的质量比例为5：4：1。
12.进一步地，s7中保温层的材质为可耐1260-1300℃高温的硅酸铝纤维，对熔融盐储罐热罐和熔融盐储罐冷罐整体进行保温，减少在储热过程中的热量损耗。
13.进一步地，熔融盐储罐热罐中热熔盐体积为熔融盐储罐热罐体积的20%-25%，熔融盐储罐冷罐中冷熔盐体积为熔融盐储罐冷罐体积的60%-85%。
14.本发明具有以下优点：1、本发明在热熔盐经过熔融盐储罐热罐和循环转化放热器之间的熔盐输送管道时，通过设置余热储热箱，收集熔盐输送管道外部散发的热量，进行储热，减少热量流失，提高储热性能；2、本发明在不具备太阳光条件下（例如：夜晚）采用太阳能储电模块中储存的电能驱动冷熔盐预热加温管对熔融盐储罐冷罐中冷熔盐进行补热防凝，使得储热时进一步提高储热的稳定性，并且更节能，使得效率高、成本低；3、本发明通过太阳能集热板收集的太阳能转化为热能储存至太阳能储热模块，实现部分的储热功能，继而达到储热性能更高；4、本发明利用熔盐在循环转化吸热器和循环转化放热器中循环流动实现热能转
化的最优化，并且温度传感器实时监测循环转化吸热器和循环转化放热器，确保熔盐状态一直处于熔融状态，保证储热的稳定性。
附图说明
15.图1为本发明的系统整体示意结构图。
16.图2为本发明的系统部分示意结构图。
17.图3为太阳能光热熔盐储热的流程图。
18.附图标记1、太阳能电池板；2、太阳能集热板；3、熔融盐储罐冷罐；31、冷熔盐预热加温管；4、熔融盐储罐热罐；5、保温层；6、冷盐输送泵；7、循环转化吸热器；8、第一水泵；9、热盐输送泵；10、余热储热箱；11、循环转化放热器；12、第二水泵；13、温度传感器；14、筛网。
19.具体实施方式：为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
20.实施例1如图1和图2所示，一种太阳能光热熔盐储热系统，该系统中包括有聚光集热子系统、聚光集电子系统、储热子系统、熔盐-导热油-水换热子系统；聚光集热子系统用于收集的太阳能并且转化为热能，聚光集热子系统中包括有太阳能集热板2和太阳能储热模块，太阳能集热板2用收集太阳能转化为热能，太阳能储热模块用于存储太阳能转化后部分的热能，聚光集热子系统与储热子系统相连接，通过聚光集热子系统收集太阳能并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐，并且将热量储存在储热子系统中；聚光集电子系统用于收集的太阳能并且转化为电能，聚光集电子系统包括有太阳能电池板1和太阳能储电模块，太阳能电池板1位于太阳能集热板2的左侧，太阳能电池板1用收集太阳能转化为电能，太阳能储电模块用于存储太阳能转化后部分的电能，稳定保持冷熔盐的预热温度，聚光集电子系统与储热子系统相连接，通过聚光集电子系统收集太阳能并将该太阳能转换为电能对储热子系统中的冷熔盐进行预热；储热子系统用于将熔融态的熔盐中的热能进行储存，储热子系统包括熔融盐储罐冷罐3、熔融盐储罐热罐4、冷熔盐预热加温管31、筛网14、保温层5、冷盐输送泵6和热盐输送泵9，熔融盐储罐冷罐3位于太阳能电池板1的前侧，熔融盐储罐冷罐3用于收集储存熔融盐储罐热罐4经过换热降温后的冷熔盐，熔融盐储罐热罐4与熔融盐储罐冷罐3通过熔盐输送管道连接，熔融盐储罐热罐4位于熔融盐储罐冷罐3的右侧，并且熔融盐储罐热罐4位于太阳能集热板2的前侧，熔融盐储罐热罐4用于储存太阳能转换为热能而加热熔融态的热熔盐，用于进行储热，作为发电和供热的能量来源，冷熔盐预热加温管31固接于熔融盐储罐冷罐3的内部，冷熔盐预热加温管31与太阳能电池板1通过电性连接，冷熔盐预热加温管31用于对熔融盐储罐冷罐3中的冷熔盐进行预热，达到熔融状态的冷熔盐，筛网14固定式连接在熔融
盐储罐冷罐3的内顶部，筛网14用于将混合的熔盐进行筛选去除杂质，熔融盐储罐冷罐3和熔融盐储罐热罐4的外壁均连接有保温层5，保温层5用于对熔融盐储罐冷罐3和熔融盐储罐热罐4进行保温，减缓热量流失，提高储热效率，冷盐输送泵6连接在熔融盐储罐冷罐3的右下部，冷盐输送泵6与熔融盐储罐冷罐3连接有熔盐输送管道，冷盐输送泵6用于为输送冷熔盐提供动力，热盐输送泵9，热盐输送泵9用于为输送热熔盐提供动力；熔盐-导热油-水换热子系统用于将储存的热能进行换热利用，包括换热器，用于将熔融盐储罐热罐4里的热熔盐通过换热器与导热油-水进行换热，换热后的热熔盐变成冷熔盐，流入熔融盐储罐冷罐。
21.如图1所示，一种太阳能光热熔盐储热系统，该系统中还包括有循环升温转化子系统和循环放热转化子系统，循环升温转化子系统用于将低温的冷熔盐循环加热至热熔盐的合适温度，循环升温转化子系统包括循环转化吸热器7、第一水泵8和温度传感器13，循环转化吸热器7通过熔盐输送管道连接在熔融盐储罐冷罐3和熔融盐储罐热罐4的中部之间，循环转化吸热器7用于将冷熔盐进行循环吸收热能从而加热至热熔融态的热熔盐，第一水泵8连接在循环转化吸热器7的顶部，第一水泵8与循环转化吸热器7和熔融盐储罐热罐4之间均连接有熔盐输送管道，第一水泵8用于为热熔盐输送至熔融盐储罐热罐4提供动力，温度传感器13固定式连接在循环转化吸热器7前侧上部，温度传感器13用于实时监测循环转化吸热器7内的温度，判定冷熔盐是否达到进入熔融盐储罐热罐4储热的温度；循环放热转化子系统用于将高温的热熔盐循环热交换降温至冷熔盐的合适温度，循环放热转化子系统包括循环转化放热器11、第二水泵12和温度传感器13，循环转化放热器11位于熔融盐储罐热罐4的前部，循环转化放热器11与熔融盐储罐热罐4之间连接有熔盐输送管道，循环转化放热器11用于将热熔盐进行循环热交换从而达到供热和发电作用，第二水泵12连接在熔融盐储罐冷罐3的前侧中上部，第二水泵12与循环转化放热器11和熔融盐储罐冷罐3之间均连接有熔盐输送管道，第二水泵12用于为冷熔盐输送至熔融盐储罐冷罐3提供动力，温度传感器13固定式连接在循环转化放热器11的左上部，温度传感器13用于实时监测循环转化放热器11内的温度，判定热熔盐是否达到进入熔融盐储罐冷罐3存放的温度。
22.如图1所示，该系统中还包括有余热储热子系统，余热储热子系统包括有余热储热箱10，余热储热箱10连接在熔融盐储罐热罐4与循环转化放热器11所连接的熔盐输送管道外部，余热储热箱10用于储存热熔盐通过热盐输送泵9输送至循环转化放热器11时散发的热能。
23.如图1所示，熔盐-导热油换热系统采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种，优先选用管壳式换热器；导热油-水换热系统采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
24.如图1-图3所示，上述基于一种太阳能光热熔盐储热系统的具体设置，一种太阳能光热熔盐储热方法如下：s1：选取熔盐选取质量比例为5：4：1的硝酸钾、硝酸钠和硝酸银进行混合，并且将加入质量分数为20%的石墨，通过搅拌机对硝酸钾、硝酸钠、硝酸银和石墨进行搅拌，实现硝酸盐混合均
匀，混合后的硝酸盐作为熔盐，硝酸盐可减轻熔融盐储罐冷罐3和熔融盐储罐热罐4的内部的腐蚀程度，并且增大储热的稳定性，石墨可以增加熔盐的储热性质；s2：筛选存储熔盐将s1中混合好的熔盐倒入熔融盐储罐冷罐3的筛网14上，去除熔盐中的包含的杂质，进一步增加了熔盐的储热性质，熔盐经过筛网14后掉入熔融盐储罐冷罐3中，使得熔融盐储罐冷罐3中冷熔盐体积为熔融盐储罐冷罐体积的85%，使得储热时熔融盐储罐冷罐3中冷熔盐不易溅出，增加储热的安全性；s3：收集储存太阳能利用太阳能集热板2收集太阳能并且转化为热能，大部分为循环转化吸热器供热，使得加热熔融态的熔盐，部分存储到太阳能储热模块中，阳能储热模块实现部分的储热功能，储热性能更高，利用太阳能电池板1收集太阳能并且转化为电能，使得对冷熔盐进行预热，熔盐达到离子状态，部分存储到太阳能储电模块中，提高太阳能的利用率，并且可对熔融盐储罐冷罐3持续保温；s4：太阳能转化为电能对熔融盐储罐冷罐预热太阳能转化为电能后，太阳能电池板驱动冷熔盐预热加温管31启动，冷熔盐预热加温管31持续加热，将熔融盐储罐冷罐3中冷熔盐进行预热，使得熔融盐储罐冷罐3中的冷熔盐温度达到300℃，此时熔化状态下的熔盐离子熔体有阴离子和阳离子组成，导热性良好，热容量大；s5：太阳能转化为热能加热熔融态的熔盐太阳能转化为热能后，将s4中的冷熔盐通过热盐输送泵9从熔融盐储罐冷罐3中抽取至循环转化吸热器7中，太阳能集热板2为循环转化吸热器7提供热量，冷熔盐在循环转化吸热器7内循环流动，使得循环转化吸热器7循环加热冷熔盐，温度传感器13对循环转化吸热器7内部温度进行实时监测，当循环转化吸热器7中的冷熔盐温度达到1000℃后，得到热熔盐，热熔盐的化学性质稳定，具有低黏度，使得储热性能稳定；s6：太阳能光热熔盐储热将s5中加热得到的热熔盐通过第一水泵8从循环转化吸热器7中抽取至熔融盐储罐热罐4中，熔融盐储罐热罐4中热熔盐体积为熔融盐储罐热罐4体积的20%，此时熔融盐储罐冷罐3中冷熔盐体积为熔融盐储罐冷罐3体积的65%，将热熔盐存储到熔融盐储罐热罐4中，实现熔盐储热；s7：熔融盐储罐热罐和熔融盐储罐冷罐的保温在熔融盐储罐热罐4和熔融盐储罐冷罐3外壁设有保温层5，保温层5的材质为可耐1260℃高温的硅酸铝纤维，对熔融盐储罐热罐4和熔融盐储罐冷罐3整体进行保温，防止熔融盐储罐热罐4和熔融盐储罐冷罐3中的热量流失，减少在储热过程中的热量损耗；s8：实时监测熔融盐储罐冷罐中的温度采用温度传感器13实时监测熔融盐储罐冷罐3中熔盐的温度，当温度传感器13监测到熔融盐储罐冷罐3中的温度为120℃时，若此时太阳能电池板1仍在工作，则进入s4，若太阳能电池板1未在工作（例如：夜晚），此时太阳能储电模块驱动冷熔盐预热加温管31启动，冷熔盐预热加温管31持续加热，将熔融盐储罐冷罐3中冷熔盐进行预热，使得熔融盐储罐冷罐3中的冷熔盐温度达到300℃，提升了太阳能的利用率，并且可以保持熔融盐储罐冷
罐3内的稳定温度，便于后续储热工作；s9：熔融盐储罐热罐的放热当需要发电或者供热时，将熔融盐储罐热罐4里的热熔盐通过第二水泵12从熔融盐储罐热罐4中抽取至循环转化放热器11中，此时，当热熔盐经过熔融盐储罐热罐4和循环转化放热器11之间的熔盐输送管道时，此时余热储热箱10会将熔盐输送管道外部散发的热量进行收集储热，提高储热性能，当热熔盐进入循环转化放热器11后，热熔盐会在循环转化放热器11内部循环流动，循环转化放热器11会散发出热熔盐中的热量，通过换热器与导热油-水进行换热，水蒸汽带动汽轮机运作将热能转化为动能，通过与汽轮机同轴的发电机组中线圈切割磁力线，从而将动能产生电能，以及循环水加热至供暖温度进行供暖，温度传感器13实时监测循环转化放热器11中的温度，及时将降温后的热熔盐导出，确保储热的稳定性；s10：热熔盐降温后回收当s9中温度传感器13监测到循环转化放热器11中的温度低于320℃时，启动第二水泵12，将循环转化放热器11中降温后的热熔盐抽取至熔融盐储罐冷罐3中，使得热熔盐及时回收，确保热熔盐状态仍是处于熔融状态，保证后续储热的稳定性。
25.经过上述一系列的步骤，在热熔盐经过熔融盐储罐热罐和循环转化放热器之间的熔盐输送管道时，通过设置余热储热箱，收集熔盐输送管道外部散发的热量，进行储热，减少热量流失，提高储热性能；在不具备太阳光条件下（例如：夜晚）采用太阳能储电模块中储存的电能驱动冷熔盐预热加温管对熔融盐储罐冷罐中冷熔盐进行补热防凝，解决了熔融盐储罐冷罐中冷熔盐冻堵风险高的问题，并且更节能，使得效率高、成本低；通过太阳能集热板收集的太阳能转化为热能储存至太阳能储热模块，实现部分的储热功能，继而达到储热性能更高；利用熔盐在循环转化吸热器和循环转化放热器中循环流动实现热能转化的最优化，并且温度传感器实时监测循环转化吸热器和循环转化放热器，确保熔盐状态一直处于熔融状态，保证储热的稳定性。
26.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。