一种光热熔盐蓄热斯特林发电系统的制作方法

本实用新型属于涉及能源利用领域，具体涉及一种光热熔盐蓄热斯特林发电系统。

背景技术：

随着全球能源消耗的趋于紧张，人们对环境的关注日益加强。能源短缺和环境污染已经成为影响人们生活和制约社会发展的重要课题，世界各国都在努力开发清洁的新能源。

太阳能是最为丰富和可靠的资源，地球每40min接受的阳光所照射的能量相当于全球一年的能源消耗总和。太阳能发电是新兴的可再生能源技术，太阳能清洁无污染、可再生的特性成为传统石化能源最有力的替代品。在过去的十年间，太阳能发电由于其巨大的潜能和良好的环保性能，越来越被关注。在2010年欧盟新增发电装机容量中，太阳能发电首次超过风电，成为欧盟新增发电装机最多的可再生能源电力。随着全球太阳能发电产业技术进步和规模扩大，太阳能发电即将成为继水电、风电之后重要的可再生能源，成为电力系统的重要组成部分。

太阳能光热发电包括槽式太阳能发电系统、塔式太阳能发电系统和碟式太阳能发电系统。其中目前光电转换效率最高的是碟式光热斯特林发电机。但目前的碟式光热斯特林发电机只能在白天有光照的条件下才可以发电，因此其提供给电网的是不稳定发电电源，对电网没有任何调峰能力。因此，亟待开发出一种能够全天24小时全天候条件进行稳定发电输出和实现储能的技术。

有鉴于此，提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光热熔盐蓄热斯特林发电系统，以解决上述现有碟式光热斯特林发电机夜晚无法发电和储能的问题。

为了实现所述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种光热熔盐蓄热斯特林发电系统，包括光热熔盐蓄热装置，斯特林发电装置，所述光热熔盐蓄热装置包括太阳能集热装置、熔盐罐，所述熔盐罐内放置有熔盐；所述太阳能集热装置与熔盐罐通过第一熔盐泵连接；所述斯特林发电装置包括热端和冷端；所述热端与太阳能集热装置、熔盐罐连接，所述熔盐罐与斯特林发电装置的热端通过第二熔盐泵连接。

优选的，所述冷端设有换热装置，所述换热装置通过空气或水进行换热。

优选的，所述发电系统的熔盐罐与多个太阳能集热装置相连接，所述熔盐罐能够存储与之相连接的多个太阳能集热装置的集热量。

优选的，所述斯特林发电装置的热端一侧位置设有燃烧器，所述燃烧器能够加热所述热端，为斯特林发电装置热端提供热量。

优选的，所述发电系统包括熔盐换热器，所述熔盐换热器与熔盐罐相连接，所述熔盐罐内的熔盐能通过熔盐换热器将水转化为蒸汽或热水对外供热。

优选的，所述发电系统包括熔盐换热器，所述熔盐换热器与熔盐罐相连接；所述斯特林发电系统与火电机组发电系统并设，所述火电机组产生的部分蒸汽被抽送至熔盐换热器，并将其热量传递给熔盐换热器内的熔盐。

有益效果

1.通过高温熔盐和熔盐罐实现了太阳能集热装置的光热集热和储热；

2.利用熔盐罐蓄热和高温熔盐管路输热，可以实现非集成式的外置式斯特林发电机，降低碟式光热斯特林发电系统的复杂度和安装难度；

3.利用熔盐罐蓄热和高温熔盐驱动斯特林发电机，可以实现全天24小时和全气候条件的斯特林发电机的稳定发电输出；

4.非集成式的外置式斯特林发电机使得利用燃气加热热端补充发电成为可能。

附图说明

图1为本实用新型发电系统实施例一的光热熔盐蓄热斯特林发电系统有光时工作原理图；

图2为本实用新型发电系统实施例一的光热熔盐蓄热斯特林发电系统无光时工作原理图；

图3为实施例一中斯特林发电系统方法操作步骤；

图4为本实用新型发电系统实施例二的光热熔盐蓄热耦合燃气的斯特林发电系统有光时工作原理图；

图5为本实用新型发电系统实施例二的光热熔盐蓄热耦合燃气的斯特林发电系统无光时工作原理图；

图6为本实用新型发电系统实施例二的光热熔盐蓄热耦合燃气的斯特林发电系统无光时工作原理图；

图7为实施例二中斯特林发电系统方法操作步骤；

图8为本实用新型发电系统实施例三的光热熔盐蓄热斯特林发电系统有光时工作原理图；

图9为本实用新型发电系统实施例三的光热熔盐蓄热斯特林发电系统无光时工作原理图；

图10为本实用新型发电系统实施例三的光热熔盐蓄热斯特林发电系统蒸汽供热原理图；

图11为本实用新型发电系统实施例四的光热熔盐蓄热斯特林发电系统有光时工作原理图；

图12为本实用新型发电系统实施例四的光热熔盐蓄热斯特林发电系统无光时工作原理图；

图13为本实用新型发电系统实施例四的光热熔盐蓄热斯特林发电系统蒸汽蓄热原理图；

附图标记说明

为进一步清楚的说明本实用新型的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

集热器1，聚光器2，电加热器3，熔盐罐4，热端5，燃烧器6，斯特林发电装置7，冷端8，熔盐换热器9。

通过上述附图标记说明，结合本实用新型的实施例，可以更加清楚的理解和说明本实用新型的技术方案。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

一种光热熔盐蓄热斯特林发电系统，如图1所示，所述发电系统包括光热熔盐蓄热装置、斯特林发电装置7，所述光热熔盐蓄热装置包括太阳能集热装置、熔盐罐4。所述太阳能集热装置包括集热器1、聚光器2，所述聚光器2将太阳光聚集至集热器1内，所述集热器1将光能转化为热能。

所述熔盐罐4内放置有蓄热工质，所述蓄热工质为盐；所述熔盐罐4内设有电加热器3，所述电加热器3用于将蓄热工质加热到流体状态。所述熔盐罐4内蓄热温度介于50℃～1000℃，所述熔盐包括碱金属或碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合，所述熔盐是二元盐、三元盐或多元组合盐。

所述太阳能集热装置与熔盐罐4通过第一熔盐泵连接，所述第一熔盐泵能够将熔盐罐4内流体态的蓄热工质泵送至集热器1。

所述斯特林发电装置7包括热端5和冷端8，其热端5与集热器1、熔盐罐4连接，所述熔盐罐4与斯特林发电装置7的热端5通过第二熔盐泵连接。所述冷端8设有换热装置，所述换热装置内通有冷水，冷水经过换热装置后吸收冷端8的剩余热量而升温，从而流出热水用于供热或生活热水。

所述熔盐罐4内流体态的蓄热工质能够第一熔盐泵进入集热器1，也能够通过第二熔盐泵进入斯特林发电装置7的热端5。

所述发电系统的熔盐罐4与多个太阳能集热装置相连接，所述熔盐罐4的大小设置满足能够存储对应的与之相连接的多个太阳能集热装置的集热量，并满足全天24小时的斯特林发电装置或供热需求的热量。

所述斯特林发电装置7为斯特林发电机。

如图1，当有光时，所述熔盐罐4内的流体态的蓄热工质通过第一熔盐泵进入集热器1后吸收集热器1接收的由太阳能转化的热能，升温到高温熔盐，高温熔盐经过管道进入斯特林发电装置7的热端5，从而使热端5升温，使热端5与冷端8形成温差，为斯特林发电装置7提供动力，斯特林发电装置7发电。于热端5冷却后的流体熔盐经管道回到熔盐罐4，从而形成循环利用。所述冷端8的换热装置内通冷水或空气(沿R1方向)，冷水或空气经过换热装置后吸收冷端8的剩余热量而升温，从而流出热水(沿R2方向)用于供热或生活热水。

如图2，无光或光弱时，熔盐罐4内的电加热器3加油熔盐罐4内的工质，并判断熔盐罐4蓄热量和熔盐温度能否驱动斯特林发电装置，若否，则执行步骤S2；若能，第二熔盐泵打开，高温熔盐进入斯特林发电装置7的热端5，使热端5与冷端8形成温差，为斯特林发电装置7提供动力，斯特林发电装置7发电。于热端5冷却后的流体熔盐经管道回到熔盐罐4，从而形成循环利用。所述冷端8的换热装置内通冷水，冷水经过换热装置后吸收冷端8的剩余热量而升温，从而流出热水用于供热或生活热水。

如图3，所述光热熔盐蓄热斯特林发电方法包括以下步骤：

S1：利用电加热使熔盐罐内熔盐液化；

S2：判断是否有光照？有，则执行步骤S3；无，则执行步骤S4；

S3：启动光电熔盐蓄热装置，由熔盐驱动的斯特林发电装置发电；

S4：判断熔盐罐内蓄热量和熔盐温度能否驱动斯特林发电装置？是，则执行步骤S5；否，则执行步骤S2；

S5：启动由熔盐驱动的斯特林发电装置发电。

以上斯特林发电系统发电时，所述斯特林发电装置的冷端余热生产热水，用于供热或生活热水。

所述步骤S3具体步骤如下：

S31：启动光热熔盐蓄热装置；

S32：太阳能集热装置加热熔盐升温；

S33：将升温后的熔盐送至外置斯特林发电装置热端，相应的斯特林发电装置发电。

实施例二

本实施例与实施例一原理相同，其主要区别在于：所述光热熔盐蓄热斯特林发电系统与燃气耦合，形成光热熔盐蓄热耦合燃气的斯特林发电系统。

如图4-图6，所述发电系统包括燃烧器6。所述斯特林发电装置7能够如实施例一利用高温熔盐作为其热端5的热源。所述斯特林发电装置7热端5设有熔盐加热面，所述熔盐加热面一侧设有燃烧器6，所述燃烧器6为燃气热源装置，所述燃烧器6能够加热热端5内的熔盐；即所述燃烧器6内的燃气热源装置产生热量并输送至与位于一侧的斯特林发电装置7的热端5，从而使热端5升温，使热端5与冷端8形成温差，为斯特林发电装置7提供动力，斯特林发电装置7发电。所述冷端8的换热装置内通冷水，冷水经过换热装置后吸收冷端8的剩余热量而升温，从而流出热水用于供热或生活热水。

所述外置的非集成的斯特林发电装置的热端也可采用燃气燃烧提供热量，所用燃气可以是天然气、生物质气、沼气、焦炉煤气、氢气等可燃气体中的任意一种。

如图7，所述光热熔盐蓄热耦合燃气的斯特林发电方法包括以下步骤：

S1：利用电加热使熔盐罐内熔盐液化；

S2：判断是否有光照？有，则执行步骤S3；无，则执行步骤S4；

S3：启动光热熔盐蓄热装置，由熔盐驱动的斯特林发电装置发电；

S4：判断熔盐罐内蓄热量和熔盐温度能否驱动斯特林发电装置？是，则执行步骤S5；否，则执行步骤S6；

S5：启动熔盐驱动的斯特林发电装置发电；

S6：启动燃烧器，加热热端，使热端内的熔盐升温，高温熔盐驱动斯特林发电装置发电。

所述步骤S3具体步骤如下：

S31：启动光热熔盐蓄热装置；

S32：太阳能集热装置加热熔盐升温；

S33：将升温后的熔盐送至外置斯特林发电装置热端，相应的斯特林发电装置发电；

以上斯特林发电系统发电时，所述斯特林发电装置的冷端余热生产热水，用于供热或生活热水。

实施例三

本实施例与实施例一原理相同，其主要区别在于：所述发电系统包括熔盐换热器9，如图10，所述熔盐换热器9与熔盐罐4相连接，所述熔盐罐4内的熔盐能通过熔盐换热器9将水变化蒸汽，并将蒸汽输送至小汽机、暖风机、轴封系统或热力系统，以提供蒸汽加热；也可以对外供应工业蒸汽。另外，所述熔盐罐4内的熔盐能通过熔盐换热器9将水转化为热水对外供热。

如图8-图9，所述发电系统的工作步骤同实施例一，其在需要蒸汽供应时，会使熔盐通过熔盐换热器9。

实施例四

本实施例与实施例一原理相同，其主要区别在于：所述斯特林发电系统与火电机组发电系统并设，此时火电机组的调峰抽汽利用熔盐换热器9和熔盐罐4内的熔盐进行蓄热调峰；如图13，所述发电系统包括熔盐换热器9，所述熔盐换热器9与熔盐罐4相连接，所述熔盐罐4内的熔盐通过熔盐换热器9；所述火电机组为了减少上网电量，加大汽机系统的抽汽量从而减少机组发电量，增加的这一部分蒸汽通过熔盐换热器9，将蒸汽的热量传递给熔盐换热器9内的熔盐，从而加热熔盐，实现蓄热调峰。等电网过渡到用电高峰时段，通过该方式由熔盐蓄的热量一方面可直接通过斯特林发电系统发电，另一方面熔盐蓄热可产生足够温度压力参数的过热蒸汽重新回到汽轮机，增加机组发电量。

熔盐积蓄的蒸汽热量一方面通过熔盐换热器将其转化为蒸汽再进行火电机组发电，另一方面热量足够时，也可以通过加热斯特林发电装置的热端进行斯特林发电。优选的，通过加热斯特林发电装置的热端进行斯特林发电。

如图11-图12，所述发电系统的工作步骤同实施例一，在需要调峰时，可采取以上措施。

本实用新型有以下有益效果：

1.通过高温熔盐和熔盐罐实现了太阳能集热装置的光热集热和储热；

2.利用熔盐罐蓄热和高温熔盐管路输热，可以实现非集成式的外置式斯特林发电装置，降低碟式光热斯特林发电系统的复杂度和安装难度；

3.利用熔盐罐蓄热和高温熔盐驱动斯特林发电装置，可以实现全天24小时和全气候条件的斯特林发电装置的稳定发电输出；

4.非集成式的外置式斯特林发电装置使得利用燃气加热热端补充发电成为可能。

在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”“一些实施例”“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中，在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域的技术人员应该明白，虽然发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型的实施例。任何本实用新型实施例所属领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改及变化，但本实用新型实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求所界定的范围为准。