光热储能发电系统的制作方法

文档序号:36757970发布日期:2024-01-23 10:44阅读:15来源:国知局
光热储能发电系统的制作方法

本技术属于太阳能光热应用,特别涉及到太阳能光热发电技术。


背景技术:

1、目前太阳能应用于大规模发电的技术主要是太阳能光伏发电和太阳能光热发电,现在的实际情况是:太阳能光伏发电已经做到了低造价实施,因此,已经成为目前的主流太阳能发电技术;而太阳能光热发电则由于造价较高,且效率相对于太阳能光伏发电也并没有很大的优势,所以,目前的实际应用情况并不理想。

2、由于太阳能光热发电技术具有自带蓄热、可实现稳定的电力输出的优势,所以,该技术仍成为具有发展潜力的、竞相研究的技术方向。

3、为降低太阳能光热发电系统的造价、提升系统的效率,本实用新型提供一种光热储能发电系统。


技术实现思路

1、为改进目前光热发电系统造价偏高、效率不高的状态,本实用新型提供一种光热储能发电系统,通过对该光热储能发电系统多个环节的改进或改变,使整个系统的效率取得较大的提升、整个系统的造价有较大幅度的下降,并且还具有其它多方面有益效果,具体描述如下:

2、一种光热储能发电系统,包括:光热储能系统和发电系统;

3、所述光热储能系统包括:太阳能镜场、集热装置、蓄热装置、热传输管路、发动机工质、热传输工质、热传输工质动力循环装置;所述发电系统包括发动机和发电机;其特征是:

4、所述发动机工质为空气,所述热传输工质为熔盐或二相流物质;

5、所述集热装置的数量为多个,采用多行与多列的布局方式且行距和列距相等;

6、所述太阳能镜场包括多个镜场模块,各镜场模块包括多行和多列太阳能聚光镜,每行与每列的聚光镜数量相等,行距与列距均相等;每个镜场模块的中心位置设置在对应集热器在春分或者秋分日中午12点所形成的影子o点;正方形镜场矩阵的半长径为r=0.5h·tanθ~3h·tanθ,其中h是集热器的安装高度,θ是光热储能发电系统所在地的纬度;

7、所述热传输工质动力循环装置驱动所述热传输工质并使其在所述集热装置、蓄热装置、热传输管路、发动机中循环流动。

8、如上所述光热储能发电系统采用多个镜场模块、多个集热装置以及空气工质热力循环等技术方案,实现了与现有太阳能光热发电系统显著不同的太阳能光热发电技术方案;

9、模块化的太阳能镜场与集热装置具备更加灵活的现场布局、将传统的一个大型集热装置分解为多个小型集热装置,可缩小集热装置的外形尺寸、减小镜场的占地面积、有利于降低集热装置的建造造价;

10、采用空气介质热力循环,可大幅度降低热力循环的工作压力,从而降低发动机的造价;

11、通过所述镜场模块与集热器的特定相对位置布局,可实现更高的太阳能吸收效率,并可降低镜场模块的造价;

12、采用所述镜场模块与集热器的相对位置和尺寸关系,使聚光镜在与太阳光线对焦过程中,相互之间的遮挡情况大幅度减少,从而提高了整个镜场占地面积的利用率;

13、采用上述技术措施,最终实现整个系统效率的较大幅度的提升与较大幅度的成本下降。

14、进一步地,所述太阳能镜场分为固定指向镜场区和变化指向镜场区两部分;所述固定指向镜场区位于靠近集热器的镜场区域;所述变化指向镜场区位于远离集热器的位置。

15、由于采用了前述的聚光镜与集热器的相对位置布局,使我们具备了区分固定指向镜场区和变化指向镜场的可行性,通过区分固定指向与变化指向的镜场区,使各聚光镜更加有效地反射太阳能光线并更加有效地被集热器接收,提升了太阳能的利用效率。

16、进一步地,所述集热装置包括集热器和塔架,所述塔架包括塔柱和横梁;所述塔柱固定在地面上,横梁安装固定在塔柱的上部;所述集热器安装固定在所述横梁上远离塔柱的一端。

17、采用这种集热装置安装结构,与传统集热装置将集热器安装在塔顶的安装方式相比,集热器的受光面增大,集热器被塔柱遮挡的可能性大幅度降低,聚光镜可以安装在集热器的正下方及靠近塔柱的位置,这就进一步提高了整个太阳能镜场的利用面积;这同时也使太阳能镜场动态跟踪太阳光的效率得以提升、也有利于降低塔柱的高度,从而降低塔架与集热装置的总体造价。

18、进一步地,所述蓄热装置包括:蓄热介质、介质容器、蓄放热换热器、热传输工质;所述蓄热介质为沙粒;蓄热介质填充于所述介质容器内部;所述蓄放热换热器为蛇形管换热器,蛇形管内为热传输工质的流通空间;蓄放热换热器的蛇形传热管路分布于蓄热介质之间;蓄放热换热器的热传输工质的进口和出口与所述热传输管路连接。

19、这种采用沙粒作为蓄热介质的技术方案应用于所述光热储能发电系统,与常规的采用熔盐作为蓄热介质的技术方案相比,可显著降低储能系统的材料成本,因为沙子是非常容易获取的物质;也不存在熔盐材料的凝固风险。

20、优选地,所述蓄热装置采用低温差蓄热技术,即最高蓄热温度与放热后的最低温度之间的差值为60℃到135℃之间。

21、采用这种技术方案,可以提高蓄热装置的热能输出温度,从而提高输出热能的品位,因此,可提高热能利用的效率。

22、进一步地, 所述发动机包括压缩机组、膨胀机组、散热器组、加热器组、回热器、转子轴,所述压缩机组、膨胀机组用所述转子轴同轴串接在一起,所述发动机的工质热力循环包括依次完成的近似等温压缩过程、等压升温过程、等温膨胀过程、等压降温过程。

23、采用该技术方案,与传统的采用水蒸气压缩循环的发动机相比,发动机的工作压力显著降低,因此,发动机部件的承压压力显著降低,有利于降低发动机的造价;

24、另外,这种方案还使发动机各部件的工作温度大幅度降低,这也非常有利于降低发动机的造价;

25、该热力循环还有一个好处是:系统的密封性能要求不高,即使有一定的泄漏,对发动机的效率影响也不大,这就降低了相关零部件的加工要求,即降低了制造成本。

26、进一步地,所述压缩机组包括由转子轴依次机械连接的首级压缩机、次级压缩机、多个中间级压缩机以及末级压缩机;所述各级压缩机为离心式或轴流式类型;

27、每两级压缩机之间设置发动机工质管路,所述发动机工质管路的两端分别连接前一级压缩机的工质出口和后一级压缩机的工质进口;

28、所述散热器组包括首级散热器、次级散热器、多个中间级散热器、末级散热器,各级散热器安装在对应的各级压缩机的发动机工质管路中,各级散热器为发动机工质与大气的热交换器或者是发动机工质与水的热交换器;

29、所述各级散热器的热侧进口连接到前一级压缩机的工质出口,热侧出口连接到后一级压缩机的工质进口;当散热器采用发动机工质与大气的热交换器类型时,散热器冷侧进口和出口均与大气连通;当散热器采用发动机工质与水的热交换器类型时,散热器冷侧进口和出口均与冷水系统连通。

30、采用该技术方案,使首级压缩机的入口温度和末级压缩机的出口温度尽量接近,最终实现近似的等温压缩过程,提升整台发电机的热力循环效率。

31、进一步地,所述膨胀机组包括由转子轴依次机械连接的首级膨胀机、次级膨胀机、多个中间级膨胀机以及末级膨胀机;所述各级膨胀机为透平式类型;

32、每两级膨胀机之间设置发动机工质管路,所述发动机工质管路的两端分别连接前一级膨胀机的发动机工质出口和后一级膨胀机的发动机工质进口;

33、所述加热器组包括首级加热器、次级加热器、多个中间级加热器、末级加热器,各级加热器安装在对应的各级膨胀机的发动机工质管路中;

34、各级加热器为发动机工质与热传输工质的热交换器;

35、所述首级加热器热侧的进/出口与所述热传输工质管路连接,冷侧进/出口分别与末级压缩机发动机工质出口/首级膨胀机的发动机工质进口相连接;次级加热器、中间级加热器、末级加热器热侧的进/出口与所述热传输工质管路连接,冷侧进/出口分别与前一级膨胀机发动机工质出口/后一级膨胀机的发动机工质进口相连接。

36、发动机工质被前一级膨胀机膨胀降温后,利用所述加热器将热传输工质中的热量释放到发动机工质中,最终使进入后一级膨胀机的发动机工质温度与进入前一级膨胀机的工质温度相接近。

37、采用该技术方案,使首级膨胀机的入口温度和末级膨胀机的出口温度尽量接近,最终实现近似的等温膨胀过程,提升整台发电机的热力循环效率。

38、进一步地,所述回热器的冷侧进口连接到末级压缩机的工质出口,冷侧出口连接到首级膨胀机的工质进口;其热侧进口连接到末级膨胀机的工质出口,热侧出口连通大气。

39、采用该技术方案,可以回收从末级膨胀机排出的温度较高的发动机工质中的热量,减少膨胀机排气热损失,提升发动机的热效率。

40、优选地,所述压缩机组的每级压缩机将工质压缩之后,工质的温升为20℃到60℃之间。

41、优选地,所述膨胀机组的每级膨胀机将工质膨胀之后,工质的温降被控制在20℃到60℃之间。

42、采用这种将压缩温升与膨胀温升控制在较小范围之内的技术方案,可以使压缩过程和膨胀过程均更加接近等温过程,从而提升发动机热力循环的工作效率。

43、进一步地,所述热传输工质动力循环装置包括储液器、工质循环泵、蓄热进入阀、放热进入阀、蓄热流出阀、放热流出阀、蓄热进入阀接口、放热进入阀接口、蓄热出口阀接口及相关管路;

44、蓄热进入阀的进口连通到蓄热进入阀接口,出口连通到储液器进口;

45、放热进入阀的进口连通到放热进入阀接口,出口连通到储液器进口;

46、储液器出口连通到工质循环泵的进口;

47、工质循环泵的出口连通到蓄热流出阀、放热流出阀的进口;

48、放热流出阀的出口连通到蓄热进入阀接口;

49、蓄热流出阀出口连通到蓄热流出阀接口;

50、所述储液器安装在低于所蓄热装置的位置;

51、所述工质循环泵安装在低于储液器的位置。

52、利用所述热传输工质动力循环装置使所述集热装置、蓄热装置、发动机这间可以通过所述热传输管路实现所需要的蓄热、放热、发电等多种工作模式的切换,且适应熔盐工质、汽液二相流工质等不同类型工质的应用,具有良好的通用性。

53、进一步地,所述热传输管路包括集热高温管、集热低温管、发动机输入管、发动机输出管、蓄热高温管、蓄热低温管等管路;

54、集热高温管的一端连接到各集热器的热传输工质流出管,另一端与蓄热高温管对接;

55、集热低温管的一端连接到各集热器的热传输工质流入管,另一端连接到热传输工质动力循环装置的蓄热流出阀接口;

56、发动机输入管的一端连接到发动机热传输入总管,另一端与蓄热高温管对接;

57、发动机输出管的一端连接到发动机热传输工质输出总管,另一端连接到热传输工质动力循环装置的放热进入阀接口;

58、蓄热高温管的一端连接到蓄热装置高温接口,另一端与集热高温管和发动机输入管对接;

59、蓄热低温管的一端连接到蓄热装置低温接口,另一端连接到热传输工质动力循环装置的放热进入阀接口。

60、上述热传输管路具有管路结构清晰、简洁的特征,结合热传输工质动力循环装置,可方便实现蓄热、放热、发电等多种工作模式;采用这种管路连接方式,可适应熔盐工质、气液二相流工质等不同类型工质的应用,具有良好的通用性。

61、进一步地,所述集热器包括保温帽盖、太阳能接收镜及吸热器;所述吸热器安装于所述保温帽盖、太阳能接收镜所围成的空间之内;所述吸热器为热管式换热器。

62、进一步地,所述热管式换热器包括至少一个套管式换热器,该套管式换热器包括液体集管、气体集管、分液管、吸热管,所述分液管和吸热管均为多根;所述液体集管位于气体集管的正上方且与气体集管平行;所述吸热管为一端封闭另一端开口的管子,各吸热管轴线与地面垂直安装且,各吸热管开口端沿气体集管轴线方向均匀对接于气体集管的下部;所述分液管与吸热管同轴安装;所述分液管的两端均为开口端;各分液管的一端与液体集管的下部对接,另一端贯穿气体集管后插入到吸热管中。

63、进一步地,所述吸热管为锥形管,锥形管直径较小的一端为封闭端,直接较大的一端为开口端且与所述气体集管的下部对接。

64、如上所述光热储能发电系统对光热发电系统中所需要的太阳能接受、反射、接收、热交换、热储存、热传输、热能到机械能转换等多个环节均采用了可提高效率和/或降低成本的技术方案,可使整个系统在效率和成本两个方面获取到收益,使太阳能光热发电的可行性较大幅度提升,进一步说明如下:

65、如上所述发动机设备,由于将压缩机分为多级,且每级压缩的温度被限制在20-60℃的较小温差值,再加上每次压缩之后,利用散热器将被压缩的工质温度降下来,这就近似实现了“等温压缩”的过程;采用类似的方法,通过对发动机工质进行多级加热,实现了工质在膨胀过程中的近似“等温膨胀”过程,这就使整个热力过程成为接近于“卡诺循环”的过程,因此,可以获得较高的系统热效率。

66、通过比较理论循环的最高效率,可以了解本实用新型的效率提升的潜力。这里以目前太阳能光热发电系统的常规工况为例来进行对比说明。

67、太阳能光热系统的热传输工质温度为565℃左右,在此温度下,传统发电设备的汽轮机可以获得的蒸汽温度为290℃左右,再假设环境温度为30℃,对应的蒸汽发电循环的冷凝水温度约为55℃, 则传统光热发电系统的极限热效率为:

68、1-(55+273)/(290+273)≈41.7%

69、采用本实用新型技术方案时,在太阳能热传输工质温度为565℃时,发电机的膨胀机的进/出气温度不难达到380/410℃以上,按平均温度395℃计算,同样,环境温度按30℃,压缩机的进气/出气温度不难达到50/80℃,平均按65℃计算,则该发电系统的极限热效率为:

70、1-(65+273)/(395+273)≈49.4%。

71、如果太阳能蓄热系统采用二相流热传输工质时,发电机的膨胀机组的平均膨胀温度具备达到450℃的潜力,如果按450℃计算,则在环境温度为30℃时,该发电系统的极限热效率为:

72、1-(65+273)/(450+273)≈53.3%。

73、因此,本实用新型所述光热储能发电系统与传统太阳能光热发电系统相比,具有较大的提升太阳能热能利用效率的潜力。

74、采用本实用新型技术方案,发动机系统的最高工作压力约2.2mpa,与传统太阳能光热发电设备的最大工作压力(约20mpa)相比,有很大幅度的下降,这将有利于降低设备的造价。

75、本实用新型所述发动机的工作过程与燃气轮机的工作过程总体相似,因此,同样具有快速启动和停止的能力。该功能也有利于提升太阳能光热系统的热能利用效率。

76、通过对空气压缩过程中的工质(空气)的多次冷却,使工质的温度保持在接近于常温的状态,从而使压缩机始终保持在较低的工作温度,这就可以获得多个方面的有益效果,包括但不限于:材料选择范围宽广、成本低、可靠性高。

77、还有,当热源设备的蓄热温度降低时,该发动机仍可以在偏离设计工况下正常工作,这就有利于提高发动机设备的连续工作时间,有利于稳定向电网的供电能力,即有利于电网的稳定工作。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1