一种带有跨季节大容量能量调节的塔式太阳能热发电热电联供系统

本发明涉及一种带有跨季节大容量能量调节的塔式太阳能热发电热电联供系统。

背景技术：

1、我国目前北方城镇建筑供热面积约160亿㎡，供热量总需求为48亿gj。45％为热电联产余热，40％为燃煤和燃气锅炉，15％为热泵和分散的燃气锅炉。预计到2060年，北方城镇供热面积约为200亿㎡，建筑做好节能改造后，平均按照0.25gj/㎡计算，总的供热量约为50亿gj。依靠各类余热热源(如发电余热、工业余热)，变废为宝，则是比较好的实现建筑零碳化供热的技术方案。即，热电联产仍将是解决北方建筑供热的主要途径之一。

2、此外，太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。太阳能热发电系统中，约有20％的热量通过冷却塔排掉，如果能够有效回收其发电余热，实现太阳能热电联产，是提高太阳能热发经济性、实现能量梯级利用的有效途径，也是今后实现太阳能区域供能(包括供电和供热)的重要技术支撑之一。

3、专利cn212339367u《一种热泵储电热电联供系统》公开了一种热泵储电热电联供系统，包括跨季节储热子系统和热泵储电子系统，跨季节储热子系统包括集热单元、跨季节储热体和用热单元，集热单元通过管路与设置在跨季节储热体中的第一换热管路形成循环回路，用热单元通过管路与设置在跨季节储热体中的第二换热管路形成循环回路；热泵储电子系统包括供电单元、储能单元、释能单元和用电单元。该系统将热泵储热和跨季节储热相结合，组成热泵储电热电联供系统，解决了传统热泵储电系统效率低、热/电调峰能力弱等问题。该专利主要是利用电网电力驱动热泵，结合跨季节储热子系统实现热能的存储与利用，与本发明有本质区别。

4、专利cn116576441a《一种储能系统及塔式太阳能热发电系统》公开了一种储能系统及塔式太阳能热发电系统，通过设置电加热装置接收热储罐和/或冷储罐内的储热介质并进行加热，加热后的储热介质可输出至储能系统输出管路与热储罐输出的储热介质混合至预定温度的储热介质后，输出至外部用热系统，或直接输出至外部用热系统进行应急启动，从而提升储能系统输出储热介质的温度的稳定性；电加热装置接收热储罐和/或冷储罐内的储热介质加热后输出至热储罐和/或冷储罐内，实现对热储罐和/或冷储罐中的储热介质温度的调节，进而提高冷储罐和/或热储罐内的储热介质温度的稳定性，从而提升储能系统的稳定性、安全性。该专利不涉及跨季节能量存储系统，与本发明有本质不同。

5、专利cn218884071u《用于塔式太阳能热发电电站厂区供暖供冷的余热利用系统》公开了一种塔式余热利用系统，以解决塔式太阳能光热发电站存在熔盐储罐的通风系统导致能源利用效率降低的问题。一方面利用空气余热对厂区进行供暖，另一方面利用空气余热和逆卡诺循环对厂区进行供冷。包括热风管道、低温熔盐储罐、低温熔盐储罐基础、低温熔盐储罐通风管道、高温熔盐储罐、高温熔盐储罐基础、高温熔盐储罐通风管道、冷风管道、回水管道、冷却塔、低温冷却水管道、热泵、高温冷冻水管道、低温冷冻水管道、厂区建筑、高温冷却水管道、换热器和供水管道。该专利不涉及跨季节储热，与本发明有本质区别。

6、专利cn106989431b《一种塔式太阳能热发电热电联供系统》公开了一种塔式太阳能热发电热电联供系统，由聚光吸热系统、一级储热系统、二级储热系统、发电系统、发电辅燃系统、发电水处理系统、余热回收系统，以及监测与自控系统组成。聚光吸热系统中的塔式吸热器与发电系统的汽轮机相连通，发电辅燃系统与聚光吸热系统并联；吸收式热泵与发电水处理系统连接；余热回收系统与供热管网相连；监测与自控系统控制泵和阀门的开闭，实现全场热工自控。该专利不涉及跨季节储热系统，与本发明有本质区别。

7、专利cn203756448u《一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统》公开了一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统。该实用新型提出的基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，包括一个以太阳能集热直接产生的蒸汽为循环工质的常规朗肯循环，和一个以前者循环的部分排汽为热源的低温有机朗肯循环，主要由太阳能集热系统、常规蒸汽热电联供系统和低温有机朗肯发电系统构成。利用低成本、较为成熟可靠的低聚焦比集热方式，直接产生一定压力参数的蒸汽推动热电机组做功发电、供热，实现多种能源互补、冷热电三联供的太阳能综合热力利用能源供给。该专利不涉及跨季节储热系统，与本发明有本质区别。

8、专利cn102878037a《热源互补型斯特林发动机热电联供系统及其方法》公开一种热源互补型斯特林发动机热电联供系统及其方法。碟式二次反射镜将太阳光聚焦到混合热源加热器，混合热源加热器与斯特林发动机的热端相连，斯特林发动机的输出端与发电机相连，冷水箱、水泵、斯特林发动机的冷却器一路、混合热源加热器中的烟气侧换热器与热水箱顺次相连，斯特林发动机冷却器另一路直接与热水箱相连，燃料补充装置、电控阀与混合热源加热器顺次相连，斯特林发动机的输出端、数据采集及检测器、辅助热源控制器、电控阀顺次相连。本发明解决了传统太阳能发电系统电力输出不稳定，持续性差，并网困难的问题，同时系统实现了热电联产，大大提高了太阳能热发电并网的竞争力和系统整体的经济效益。该专利不涉及跨季节储热系统，与本发明有本质区别。

9、以上现有专利均涉及热发电及热电联供系统，但是目前热电联供系统虽能够热电同产，但热源产热和终端用户用热在时间上不同步。热源根据生产需要排出热量，比如全年排热，而终端仅冬季需要用热。以数据中心为例，全年都排热，如果用余热来采暖，仅仅冬天使用的话只能利用它的1/3不到，而如果把余热储存起来都在冬天使用，供热面积可以提高三倍以上。要想做到全部余热的利用就需要建设大规模的跨季节储能装置，实现热源端与用热侧之间的解耦。

技术实现思路

1、本发明将太阳能塔式热发电系统与跨季节储热系统有机结合起来，实现能量的跨季节使用，最大程度提高太阳能的有效利用率、全年利用时间，进而提高整个系统的经济性，同时实现能量的梯级利用。在我国北方太阳能富集地区具有广泛的适用性。

2、本发明的目的是提出一种带有跨季节大容量能量调节的塔式太阳能热发电热电联供系统，实现能量的跨季节存储与利用。在实现太阳能光热能量梯级利用和全年有效热利用的同时，提高塔式太阳能热发电的经济性。本发明通过合理的系统设计，有效回收热发电余热，实现热电联产，为今后在我国北方地区建造区域太阳能供能站(供电和供热)奠定技术基础。

3、本发明的技术方案如下：

4、所述的带有跨季节大容量能量调节的塔式太阳能热发电热电联供系统主要由聚光吸热系统、熔融盐储热系统、发电系统、余热回收系统、跨季节储热及供热系统、水处理系统。

5、其中：

6、所述的聚光吸热系统由定日镜和吸热器组成，用于产生高温高压蒸汽；

7、所述的熔融盐储热系统由沿熔融盐流动方向布置的高温储热罐、第一熔融盐循环泵、第一换热器、低温储热罐、第二熔融循环泵组成，用于储存发电用高品位热量；

8、所述的发电系统由工质流动方向布置的蒸汽泵、汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水箱、第二水泵、除氧器、第一水泵组成，以实现发电；

9、所述的余热回收系统由吸收式热泵、第三水泵组成，以实现发电余热回收；

10、所述的跨季节储热及供热系统由跨季节储热水体、第四水泵、第五水泵、第六水泵、第七水泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第二换热器、承压供热水箱、供热辅助热源组成，以实现发电余热利用与供热；

11、所述的水处理系统由发电循环水处理装置、供热循环水处理装置、第八水泵、第九水泵组成，保障循环水质满足相关工业锅炉水质要求；

12、所述的聚光吸热系统和熔融盐储热系统通过吸热器相连；所述的熔融盐储热系统和发电系统通过第一换热器相连；所述的发电系统与余热回收系统通过凝汽器、汽轮机相连；所述的余热回收系统与跨季节储热及供热系统通过第四水泵、第五水泵、第一阀门、第二阀门、和承压供热水箱相连；所述的跨季节储热及供热系统与水处理系统通过供热循环水处理装置相连；所述的发电系统与水处理系统通过发电循环水处理装置相连。

13、本发明所述的热电联供系统工作原理如下：

14、当太阳能资源条件较好时，定日镜将太阳能直射辐照热量反射到吸热器内，第二熔融盐循环泵启动，将低温储热罐内的熔融盐输送至吸热器内，熔融盐被加热后，输送至高温储热罐内存储起来。当电网有电力需求时，在熔融盐一侧，启动第一熔融盐循环泵，将高温储热罐中的熔融盐输送至第一换热器，换热后将熔融盐储存在低温储热罐中；在水循环一侧，启动蒸汽泵、第一水泵和第二水泵，形成发电循环系统，将经过除氧器处理后的水输送至第一换热器内，经熔融盐加热成过热蒸汽，存储于汽包内。汽包内的蒸汽再送入汽轮机内转换为机械能，带动发电机发电。发电后的乏汽经过冷凝器被冷却后，送入凝结水箱，再通过第二水泵送入除氧器内，如此循环往复，实现太阳能热发电。

15、当汽轮机工作时，采用吸收式热泵回收发电余热，实现热电联产。汽轮机抽汽为吸收式热泵的高温驱动热源，水蒸汽经过吸收式热泵冷凝为水，存储在冷凝水箱中。发电后的乏汽作为吸收式热泵的低温热源，通过第三水泵将热量输送至吸收式热泵中进行热量回收。

16、在非采暖季，打开第二阀门和第四水泵，关闭第一阀门和第五水泵，将吸收式热泵供热量存储于跨季节储热水体中，跨季节储热体内水温被逐渐加热，等待冬季采暖季的使用。

17、在采暖季的初末寒期，当跨季节储热水体内水温能够满足供热管网水温要求时，打开第五阀门和第六水泵，关闭第三阀门、第四阀门，加热供热管网，实现供热。在供热的严寒期，当跨季节储热水体内水温不满足供热管网水温要求，但太阳能资源较好时，打开第一阀门和第五水泵、关闭第二阀门和第四水泵，将吸收式热泵供热量存储于承压供热水箱中，打开第四阀门、第五阀门和第七水泵，关闭第三阀门，将热量输送至第二换热器中，加热供热管网。当供热季内太阳能资源不足时，则使用供热辅助热源实现供热，此时打开第三阀门、第六水泵、关闭第四阀门和第五阀门，将跨季节储热水体内的水输送至供热辅助热源中被加热后，进入第二换热器加热供热管网。

18、本发明提高了塔式太阳能热发电系统经济性，实现太阳能光热能量梯级利用和全年有效利用。通过合理的系统设计，有效回收热发电余热，实现热电联产，为今后在我国北方地区建造区域太阳能供能站(供电和供热)奠定技术基础。本发明在我国北方太阳能资源丰富及较丰富的城镇地区具有广泛的适用性。