新型太阳能热发电系统的制作方法

本发明申请涉及太阳能热发电领域，特别涉及槽式和蝶式太阳能热发电系统。

背景技术：

近年来，我国能源对外依存度不断提高，能源安全形势不容乐观；能源消费总量快速增长，2016年我国能源消费总量达43.6亿吨标准，占到世界能源消费总量的23％，居世界第一；人均用电量大幅增长，但与国际发达国家相比还有很大差距，未来30年，我国人均用电量还将显著增长；温室气体排放总量大，应对气候变化压力增大；与此同时，以煤为主的能源消费结构导致生态环境破坏加剧、大气污染严重，成为制约我国经济社会健康平稳发展的重要瓶颈，因此，大规模开发利用清洁可再生电力特别是利用太阳能发电的技术势在必行。

技术实现要素：

目前，国内外对太阳能光热发电系统开展了大量研究和实践，取得了一定进展，但还有很多不足之处，主要是：现有太阳能热发电系统集热蓄热效率偏低，投资成本高、回收周期长；维护成本高，户外太阳能集热管、聚光器风吹雨打、容易损坏，抵御风沙、冰雹、冷冻的能力较弱，需要不定期维修更换。

本发明的目的是提供新型太阳能热发电系统，以解决目前太阳能热发电集热蓄热整体效率低、发电成本高、难以大规模推广应用等问题，实现全年清洁、高效、低成本发电及供热。

为实现上述目的，本发明的新型太阳能热发电系统的关键技术在于：其包括外保温系统(含反光器)、透光系统、集热系统、发电系统、蓄热系统等，并对各个部分进行了一系列创新设计。所述外保温系统(含反光器)包括上表面和侧面，其在水平面的横截面可以为三角形、多边形或曲线图形；所述透光系统包括上表面和侧面，透光系统上表面倾斜或水平放置，倾斜的角度根据本发明的系统所在地区纬度而确定。在有太阳光照时，外保温系统打开，可旋转保温盖(含反光器)旋转的角度根据所在地区纬度和季节而调整，太阳辐射能(含反射光)被集热系统吸收并储存在蓄热系统中；在夜晚、没有太阳光照或太阳光照强度比较弱的时候，外保温系统闭合，尽量减少集热系统和蓄热系统的热量损失；换热器中的流体在蓄热系统中吸收热量，温度提高后，被泵送至发电系统(供热系统)，用于发电(供热)。

(1)本发明的新型太阳能热发电系统中的外保温系统(含反光器)第一种技术方案为：所述反光器分别铺设在可旋转保温盖、朝东可旋转保温墙、朝南可旋转保温墙、朝西可旋转保温墙、朝北固定保温墙的内表面，保温反光一体化设计，反光器整体为曲面(抛物面)或平面。在有太阳光照射时，所述可旋转保温盖、朝东可旋转保温墙、朝南可旋转保温墙、朝西可旋转保温墙通过滑轮组或吊运提升机或液压装置提升到一定位置并固定，或者依据安装太阳跟踪装置，根据太阳高度角、太阳方位角的变化进行调整；当地正午(当地真太阳时的正午)时间前，朝西可旋转保温墙保持在竖直位置，当地正午时间后，朝西可旋转保温墙旋转至一定位置或根据太阳方位角进行调整，朝东可旋转保温墙旋转至竖直位置；在夜晚、没有太阳光照、光照强度比较弱或雨雪冰雹天气时，可旋转保温盖、朝东可旋转保温墙、朝南可旋转保温墙、朝西可旋转保温墙均闭合，与朝北固定保温墙形成密闭的外保温系统。

本发明的新型太阳能热发电系统中的外保温系统(含反光器)第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，朝东可旋转保温墙和朝西可旋转保温墙上面分别安装可折叠反光装置。

本发明的新型太阳能热发电系统中的外保温系统(含反光器)第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，当冬季来临、室外天气较冷时，在外保温系统(含反光器)和透光系统之间安装一层密闭高透光系统，进一步加强保温，当春季来临、室外天气转暖时，再拆除。

本发明的新型太阳能热发电系统中的外保温系统(含反光器)第四种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上，可旋转保温盖采用柔性保温材料，在日出时或日出后卷起，在日落前放下，形成密闭外保温系统。

(2)本发明的新型太阳能热发电系统中的透光系统第一种技术方案为：在有太阳光照的时候，打开外保温系统，从天空直射和散射的太阳辐射能以及从反光器反射的部分太阳辐射能透过所述透光系统，被集热系统吸收并储存在蓄热系统中，透光系统上表面水平或倾斜放置，倾斜的角度根据所在地的纬度而确定；透光系统北面可采用保温玻璃系统，也可利用朝北固定保温墙，透光系统可采用单层玻璃或多层中空玻璃、真空玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯、阳光板、凸透镜等，保持整体良好的透光性能、密闭性能和保温性能。

本发明的新型太阳能热发电系统中的透光系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，透光系统高度整体下调，朝南方向不再设置透光面。

本发明的新型太阳能热发电系统中的透光系统第三种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度，以减小太阳入射角，进一步提高透光率。

(3)本发明的新型太阳能热发电系统中的集热系统第一种技术方案为：在所述透光系统表面(包括上表面和侧面)安装太阳能集热管或聚光型太阳能集热器，吸收从天空直射和散射的太阳辐射能以及从反光器反射的太阳辐射能，同时可选择安装太阳光跟踪装置，根据太阳高度角、太阳方位角的变化对抛物面聚光器进行调整；在所述透光系统内部安装平板太阳能集热器或太阳能集热管，吸收透过透光系统的太阳辐射能。从集热器或集热管出来的高温循环液体被泵送至蓄热系统，将热量传递给蓄热系统的蓄热材料，再返回集热器吸热，不断循环。

本发明的新型太阳能热发电系统中的集热系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，安装两套抛物面聚光系统，固定抛物面反光镜和可旋转抛物面反光镜，两套抛物面聚光系统焦点位置相同，固定抛物面反光镜与透光系统上表面一体化设计安装，可旋转抛物面反光镜可根据纬度和季节而固定在相应位置，或安装太阳追踪装置，两套抛物面聚光系统同时工作可以实现更高的聚光比。

本发明的新型太阳能热发电系统中的集热系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，透光系统内部安装抛物面聚光系统，透光系统表面的集热器中的循环液体进入透光系统内部的聚光器，温度进一步升高后送至蓄热系统，将热量传递给蓄热系统的蓄热材料，再返回集热器吸热，不断循环。

本发明的新型太阳能热发电系统中的集热系统第四种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上，聚光系统为蝶式抛物面聚光器。

本发明的新型太阳能热发电系统中的集热系统第五种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案或第四种技术方案的基础上，可旋转保温盖内表面安装抛物面反光镜，并安装集热器，可旋转保温盖可以随太阳高度角的变化而变化。

(4)本发明的新型太阳能热发电系统中的蓄热材料第一种技术方案为：所述蓄热材料把被集热器、集热管、集热板吸收的太阳辐射能以热能的形式蓄积起来，根据热用户对温度的要求，可以采用中温相变蓄热材料、高温相变蓄热材料以及复合相变蓄热材料等。

本发明的新型太阳能热发电系统中的蓄热材料第二种技术方案为：采用导热油或气体作为蓄热材料。

(5)本发明的新型太阳能热发电系统中的发电系统第一种技术方案为：所述发电系统的循环工质在蓄热系统中吸热，温度压力升高后，进入汽轮机膨胀做功，带动发电机转动产生电力，做完功的循环工质温度压力下降，进入冷凝器，被冷凝成液体，由循环泵输送至蓄热系统，再次吸热形成循环。

本发明的新型太阳能热发电系统中的发电系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，设置补燃机组，从冷凝器出来的循环工质被补燃机组加热后，再送至蓄热系统中，进一步提升温度压力后，进入汽轮机膨胀做功；或者从蓄热系统吸热后的循环工质被补燃机组进一步加热后，进入汽轮机膨胀做功。

本发明的新型太阳能热发电系统中的发电系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，设置蒸汽发生器，从高温蓄热系统出来的高温循环液被泵送至蒸汽发生器，在蒸汽发生器中将热量传递给循环工质，循环液温度下降后，进入低温蓄热系统。循环工质在蒸汽发生器中吸收热量，温度和压力升高后，进入汽轮机做功，带动发电机转动产生电力，做完功的循环工质进入冷凝器，被冷凝成液体，由循环泵输送至蒸汽发生器，再次吸热形成循环。

本发明的新型太阳能热发电系统中的发电系统第四种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，设置蒸汽发生器，从高温蓄热系统出来的高温循环液被泵送至蒸汽发生器，在蒸汽发生器中将热量传递给循环工质，循环液温度下降后，进入低温蓄热系统。循环工质在蒸汽发生器中吸收热量，温度和压力升高后，进入燃煤或燃气发电锅炉，在电站锅炉中进一步吸热，温度和压力进一步提高后，进入汽轮机做功，带动发电机转动产生电力，做完功的循环工质进入冷凝器，被冷凝成液体，由循环泵输送至蒸汽发生器，再次吸热形成循环。

本发明的新型太阳能热发电系统中的发电系统第五种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案或第四种种技术方案的基础上，设置吸收式换热机组，从汽轮机中抽取部分蒸汽和乏汽，进入吸收式换热机组，放热后(主要是潜热)分别变为疏水和冷凝水，释放的热量可用来供热或供暖。进入吸收式换热机组的蒸汽也可以从蓄热系统或蒸汽发生器中产生。

(6)本发明的新型太阳能热发电系统中的蓄热系统第一种技术方案为：所述保温蓄热系统作为蓄积热量的场所，蓄热系统采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体，岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设。

本发明的新型太阳能热发电系统中的蓄热系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，设置高温蓄热池和低温蓄热池，低温蓄热池在高温蓄热池的上部。

本发明的新型太阳能热发电系统，其包括的外保温系统(含反光器)、透光系统、集热系统、蓄热材料、发电系统、蓄热系统等各个部分可以根据上述的技术方案进行自由组合，形成多个可选的跨季节高效太阳能热发电系统、发电供热供暖系统；本发明的新型太阳能热发电系统可以南北方向放置，也可以南偏东或南偏西方向放置，还可以东西方向放置；本发明的新型太阳能热发电系统可以采用单个系统，也可以利用模块化设计，实现大规模跨区域发电(供热)。

采用上述新型太阳能热发电系统所产生的有益效果在于：

(1)系统集热效率高，单位面积年蓄积的太阳辐射能高，主要是由于本发明的系统尽可能吸收利用太阳辐射能，包括透光系统上表面、竖直面以及可旋转保温盖、可旋转保温墙内表面等都能够透光或反光；同时本系统独特的集热蓄热保温一体化设计，可以尽可能减少热量损失，同时可以减少风沙对聚光镜(反光镜)的影响。

(2)适用范围广，适用于工业、城市、县城、社区、乡镇、农村、农业以及海岛等全年发电供热，可以在全国推广应用。

(4)与现有太阳能热发电系统相比，上述系统单位集热量投资和运行成本低，投资回收周期短。

(5)系统结构简单、便于清洁、易于维护，抛物面反光镜与透光玻璃一体化设计，可以大幅简化太阳能光热发电系统所需的支撑部件。

(6)两套抛物面聚光系统同时工作，可以实现更高的聚光比。

(7)系统可靠性好，外保温系统可以大幅减少恶劣自然天气对本发明的系统特别是集热系统的破坏。

(8)采用模块化设计，可以实现大容量发电，建设吉瓦级及以上太阳能热发电系统。

(9)节能减排效果明显，建设1万平方米所述新型太阳能热发电系统，年可实现集热量4万至9万吉焦，年可发电240万至500万千瓦时，年可节约标准煤1700-3900吨，相当于减少二氧化碳排放4000-9000吨。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对现有技术方案或具体实施例中使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下附图仅是用于方便理解本发明实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的新型太阳能热发电系统的具体实施例1的示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)是本发明的新型太阳能热发电系统的外保温系统(含反光器)、透光系统、集热系统示意图；

图3是本发明的新型太阳能热发电系统的具体实施例2的示意图。

图4是本发明的新型太阳能热发电系统的具体实施例3的示意图。

其中：1-可旋转保温盖，12-反光器，13-朝西可旋转保温墙，14-朝南可旋转保温墙，15-朝东可旋转保温墙，16-滑轮组或提升机或液压装置、17-滑轮组或提升机或液压装置，2-透光系统，3-集热器，31-抛物面聚光器，32-固定抛物面聚光器，33-可旋转抛物面聚光器，4-蓄热系统，41-高温蓄热系统，42-低温蓄热系统，5-汽轮机，51-冷凝器，52-发电机，53-蒸汽发生器，54-换热器，55-吸收式换热机组，6-工业或电站锅炉。

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。

实施例1：

本发明的新型太阳能热发电系统的具体实施例1，如图1所示。该新型太阳能热发电系统包括可旋转保温盖1，反光器12，朝西可旋转保温墙13，朝南可旋转保温墙14，朝东可旋转保温墙15，滑轮组或提升机或液压装置16，透光系统2，集热器3，抛物面聚光器31，高温蓄热系统41，低温蓄热系统42，汽轮机5，冷凝器51，发电机52，蒸汽发生器53，换热器54，吸收式热泵机组55，工业或电站锅炉6。

所述反光器12置于可旋转保温盖1的内表面，将照射到可旋转保温盖1内表面的太阳光反射到透光系统2的上表面。

在有太阳光照射时，所述可旋转保温盖1通过滑轮组或提升机或液压装置16和17而转动，并根据所在地的纬度和季节旋转并固定在适当位置；朝南可旋转保温墙14、朝东可旋转保温墙15和朝西可旋转保温墙13旋转至水平位置并固定。

所述透光系统2包括东、南、西、北四个表面和上表面，和所述蓄热系统4一起构成密闭保温透光系统。

所述透光系统2采用双层中空玻璃，也可选用真空玻璃、有机玻璃等，保持良好的透光性能、密闭性能和保温性能。所述透光系统2上表面根据所在地纬度倾斜安置，东、南、西三个表面竖直放置，北面可以直接利用朝北固定保温墙。

从天空直射和散射的太阳辐射能以及从所述反光器12反射的太阳辐射能透过所述透光系统2，被集热器3吸收，储存在蓄热系统4中。

在夜晚或没有太阳光照的时候以及大风和雨雪冰雹天气，外保温系统闭合，尽量减少集热系统和蓄热系统的热量损失以及不利天气对本发明的系统的破坏。

所述集热器3内循环液体吸收太阳辐射能后温度升高，被输送至高温蓄热系统，在高温蓄热系统中释放热量后，返回集热器中，再次吸热，形成循环。

所述蒸汽发生器53中的循环工质在高温蓄热系统41中吸热，温度压力升高后，进入汽轮机5中膨胀做功，带动发电机52转动产生电力，循环工质温度压力下降，在冷凝器51中被凝结，在循环泵的带动下，进入换热器54中蓄热后，进入高温蓄热系统41中，形成循环。所述锅炉燃烧产生的热量在换热器54中被循环工质吸收。

实施例2：

本发明的跨季节高效太阳能热发电系统的具体实施例2，如图3所示。在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，该跨季节高效太阳能热发电系统中的集热循环液体与发电循环工质增加蒸汽发生器53。

所述高温蓄热系统41中出来的高温循环液体在蒸汽发生器53中放热后，温度下降，返回低温蓄热系统42中，在循环泵的带动下，进入集热器吸热，温度升高后，进入高温蓄热系统41中，形成循环。所述循环工质一部分在蒸汽发生器53中吸热，温度升高后进入汽轮机5，循环工质另一部分在换热器54中吸热后也进入汽轮机，循环工质在汽轮机5中膨胀做功，带动发电机52转动产生电力，做完功后的循环工质在冷凝器中被冷却。

实施例3：

本发明的跨季节高效太阳能热发电系统的具体实施例3，如图4所示。在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，该跨季节高效太阳能热发电系统中的集热循环液体与发电循环工质增加蒸汽发生器53，同时增加吸收式换热机组55。循环工质在蒸汽发生器53中吸热后，温度压力升高，进入汽轮机5膨胀做功，带动发电机52转动产生电力，做完功后的循环工质一部分进入冷凝器被冷凝，另一部分进入吸收式换热机组，释放热量后变为冷凝水，来自汽轮机5的抽汽在吸收式换热机组55中作为热源放出热量，变为疏水。冷凝水在换热器54中吸热后进入蒸汽发生器53，疏水可以直接进入蒸汽发生器53中吸热或者在换热器54中吸热后再进入蒸汽发生器53。吸收式换热机组55生产的中低温热水可用于供热或供暖。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的新型太阳能热发电系统的三种技术方案，而非对其限制。本部分采用具体实施例对本发明的思想及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明思想的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。