CN101226007A

CN101226007A - 一种太阳能热发电系统

Info

Publication number: CN101226007A
Application number: CNA2007100482979A
Authority: CN
Inventors: 李建民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-23

Abstract

本发明的提供了一种以低温太阳能采集技术为基础的热发电应用，将低温的太阳能采集技术(真空管、板式系统、CPC)与中温、高温的太阳能采集技术进行结合，实现太阳能以及其他能源的多能源互补的进行梯级的采集及梯级的热发电利用。本发明可以实现真空管太阳能采集技术与煤、垃圾发电互补的进行太阳能的热利用，同时也可以实现真空管低温采集技术与中温、高温采集技术进行互补的采集，实现太阳能的利用。本发明采用低温太阳能采集技术，降低的系统的成本，提高了系统的综合能源利用率，为垃圾发电以及煤矸石等发电系统提供了一种互补的发电技术。

Description

一种太阳能热发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能的利用，指将太阳能转换为热能，再将热能转化为电能进行利用，特别是将太阳能多能源互补的进行梯级的采集及梯级的热发电利用。

背景技术

成熟的太阳能的低温应用主要有低温采集器件，包括真空玻璃管、板式太阳能、带有复合抛物面反射镜的真空玻璃管(CPC)；实现在200度以下的太阳能的采集利用，最普通的太阳能热水器就是实现温度低于60度的利用；中温采集器件至少选主要有：槽式抛物面反射系统、线形菲尼尔镜、双曲抛物线反射镜；实现温度在200-400度的温度的利用；高温采集器件主要有：平面反射镜系统(定日镜)、复合抛物面(盘式)、半球反射镜、点聚焦菲尼尔镜，实现温度由400度到2000度的温度的利用；现有的太阳能的应用技术，都是采用单一的太阳能采集技术，这样限制了太阳能的综合利用。

在中温应用领域，目前只有槽式正在进行商业化，其他的都在实验之中，但是，槽式系统的温度一般不超过400度，这样的温度进行发电将使热电的效率比较低，为了提升其发电效率，在美国的槽式热电系统中，又加入了使用传统能源如天然气为其进一步的提高温度，使其有更高的效能，但是这种技术方案没有按照太阳能梯级利用的原则，由低成本高可靠性的真空管系统，使其成本不能降低。

针对现有的技术，已经成熟的太阳能低温的应用技术，以及比较成熟的太阳能槽式中温应用技术(温度低于400度)以及更高温度(温度高于400度)的盘式、定日镜、菲尼尔透镜式的采集系统，但这些技术都是被单项的利用，不能形成对太阳能的高效利用；同时被采集的太阳能热能，也是仅有一种应用，没有将热能进行梯级的利用，没有实现对能源的高效的利用。

现有的垃圾发电因为成本高而依靠补贴进行商业推广，这样限制了此技术的应用，因而需要提高经济、环保的发电技术。

发明内容

本发明的目的就是以成熟的真空管技术为基础的热发电应用，即采用太阳能以及其他能源的多能源互补的进行梯级的采集及梯级的热发电利用，将太阳能的低温、中温、高温采集系统进行有效的组合，从而实现对太阳能的梯级的采集以及梯级的利用，这种热发电系统即采用了现有真空管技术的优势，实现低成本的太阳能采集，同时与传统的能源煤、油、气进行了优势互补，特别是用太阳能采集以及煤矸石的结合发电，同时，也可以与现有的垃圾焚烧的热能进行互补，使垃圾发电具有真正的商业价值以及商业的应有的可能。

如采用真空玻璃管技术进行低温的采集将热流体加热到100度以内，再利用槽式系统进行加热使其增加到400度，再利用菲尼尔透镜技术将温度升到400-1200度，这样充分发挥了不同的温度区间的采集技术，实现太阳能的高效、低成本的利用；同时将采集的高温的热能首先进行高温度的应用，然后再进行中温的应用，其余的热能再进行低温的应用，这样实现了对太阳能的高效梯级的利用，提高的能源的利用效能。

这种梯级的采以及以梯级的利用技术，使得比较成熟的槽式系统可以充分发挥出作用，同时再采用菲尼尔透镜等高温热能采集技术，将温度提升到更高的水平，这种技术完全可以实现利用太阳能进行高效的发电，而不必如同现有技术采用传统能源如天然气进行高温的提升，从而使得太阳能的利用更加合理、高效。

以真空管技术为基础，实现多能源互补的进行热发电，将太阳能与传统的能源进行互补的利用，实现了低成本高可靠性高性能的太阳能与传统能源的利用。

具体发明内容如下：

一种太阳能热发电系统，含有至少一组太阳能真空管和/或板式采集系统，通过采集系统将太阳能转换为热能，由热电转化设备将热能转换为电，实现利用太阳能的热发电。

还至少含有另外一种由传统源提供的能源系统，太阳能采集部分与传统能源系统以及热电转化设备相互并联，两种能源系统进行互补的实现热发电。

传统能源系统至少选自下列一种：

A、煤；包括各种泥煤、褐煤、烟煤、元烟煤，以及煤矸石等煤，都可以成为太阳能系统的补充能源。

B、油；包括汽油、煤油、柴油、燃料油等各种可以燃烧的油，通过燃烧产生热能；

C、可燃气。包括焦炉煤气、液化石油气、天然气等在常温下以气态形式存在的能源，通过燃烧可以产生热能。

还至少含有一种以垃圾焚烧产生的热能为补偿的系统，太阳能采集部分与垃圾焚烧热能部分以及热电转化设备相互并联，两种能源系统进行互补的实现热发电。特别是城市垃圾焚烧而产生的热能。

所述的太阳能采集系统中还设置有下列至少一种器件：

A、真空玻璃管内部设置有热管

B、板式太阳能采集系统中设置有热管；

C、在真空管采集系统的真空管外部设置有复合抛物面反射镜(CPC)。

所述的太阳能采集系统还包括至少一组中温和/或高温的太阳能采集系统，

所述的中温采集器件选自下列一种系统：

A、槽式抛物面反射系统；

B、线形菲尼尔镜；

C、双曲抛物线反射镜；

所述的高温采集器件选自下列一种系统：

A、平面反射镜系统(定日镜)；

B、复合抛物面(盘式)、半球反射镜；

C、点聚焦菲尼尔镜。

还设置有蓄热器，实现对太阳能热能的储存。

对于中高温太阳能采集系统，在太阳能的光热转换过程中，采用至少下列一种光热转化器，通过不同的太阳能采集器件，将太阳能转化为热能：

A、液态流体转换器件；通过将液态流体加热的形式，实现将太阳能转化为热能的过程，将太阳能转化为热能。

B、热管转换器件，采集器件的焦点位于为热管的蒸发端；通过将太阳能加热热管的蒸发端实现太阳能的光热转换过程。

C、气态流体转换器件。通过将气态流体加热的形式，实现将太阳能转化为热能的过程，将太阳能转化为热能。

对于中温采集系统可以采用单轴或双轴跟踪，高温采集器件，需要设置双轴跟踪实现对太阳能的跟踪。

将高温、中温、低温的太阳能的热能采集后，将热能由高至低的梯级的利用。在太阳能采集过程中，通过将流体进行由低温逐渐的加热到高温的形式，实现太阳能的梯级利用。在太阳能的应用过程中，通过由高温应用，逐渐的到中温以及低温的应有，实现太阳能的梯级综合利用。

热电转换设备至少采用下列方式之一：

A、汽轮发电机；

B、斯特林发电机；

C、燃汽轮机发电系统。

下面结合图示具体说明：

图中的数字标号的含义如下：

1：低温太阳能采集系统，2：中温太阳能采集系统，3：高温太阳能采集系统，4：热电转化设备，5：传统能源，6：垃圾热能系统，7：蓄热器；

图1：真空管热发电系统

一个采用真空管的低温的太阳能采集系统，将太阳能转换为热能，热能通过热电转化设备将热能转为电能，实现太阳能的热利用。

图2：带有传统能源/垃圾热能系统为补充的热发电系统

带有传统能源/垃圾热能系统为补充的热发电系统，三个系统相互并联，由低温太阳能采集系统与热电转化设备组成一个闭环循环，同时，传统能源/垃圾热能系统与该系统进行并联，可以仅利用传统能源/垃圾热能为热能进行发电，也可以采用传统能源/垃圾热能系统为补充将低温太阳能采集的温度进行提高后进行发电。

图3：带有传统能源/垃圾热能系统为补充的且有蓄热器的热发电系统

在上述系统中并入一个蓄热器，蓄热器可以将太阳能采集的热能以及传统能源/垃圾热能系统的热能进行储存，实现在夜间没有太阳的时候，利用蓄热器的热能与热电转设备进行发电，同时，传统能源/垃圾热能系统也可以与热电转化设备进行连接后发电，也可以实现在白天由太阳能采集的热能，结合传统能源/垃圾热能系统为补充的热能，与热电转化设备进行发电。

图4：太阳能低温、中温、高温梯级利用的热发电系统

在上述的系统中，再加入中温以及高温的太阳能采集系统，将太阳能梯级的利用，使温度逐渐的由太阳能的加热后达到高温的要求，进而可以直接进行发电，同时也可以与传统能源/垃圾热能系统为补充的热发电，在夜间可以通过蓄热器或通过传统能源/垃圾热能系统进行发电，在蓄热器的温度没有达到设计的温度时，可以采用传统能源/垃圾热能系统为补充，对蓄热器进行加热，同时，仅依靠蓄热器的热能，通过热电转化设备直接发电。

具体实施方式：

实施例一：真空集热管低温工作介质发电系统

参见图1：采用带热管的真空集热管系统，将工作介质加热到200度，通过低温工作介质推动蒸汽发电机，将太阳能转换为热能，实现太阳能的热发电。

实施例二：太阳能煤互补发电系统

参见图2：采用低温的板式太阳能采集系统，同时采用煤为燃料的蒸气锅炉为补充系统，将板式系统的采集的低温的太阳能热能进行提高，使其达到500度，采用普通的蒸气发电机，实现低温的太阳能以及煤为补充的热发电。

实施例三：太阳能垃圾互补发电系统

参见图2：采用低温的真空管采集系统，在其外部设置有曲面抛物线反射板以提高其温度，同时以垃圾焚烧炉为补充的热源系统，将CPC采集的低温的太阳能热能进行提高，使其达到400度，采用普通的蒸气发电机，实现低温的太阳能以及煤为补充的热发电。

实施例四：天然气、太阳能热电系统

参见图3：采用低温的热管真空管太阳能采集系统，以天然气为补充能源系统，设置一个热管蓄热器，将能源进行储存，采用斯特林机组为热电转化设备，实现太阳能、天然气互补的进行热发电。

实施例五：多级太阳能梯级采集以燃气为补充的热发电系统

参见图4：以低温真空管，中温槽式系统、高温费菲尼尔透镜为采集系统，经过三级的太阳能的采集，将工作介质的工作温度达到1000度，同时由天然气系统为补充，在系统中还设置有热管蓄热换热器，利用蒸汽轮机实现了太阳能热电的应用。

Claims

1.一种太阳能热发电系统，其特征是：

含有至少一组太阳能真空管和/或板式低温太阳能采集系统，通过太阳能采集系统将太阳能转换为热能，由热电转化设备将热能转换为电，实现利用太阳能的热发电。

2.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征是：所述的太阳能采集系统还包括至少一组中温和/或高温的太阳能采集系统，

所述的中温采集器件选自下列一种系统：

A、槽式抛物面反射系统；

B、线形菲尼尔镜；

C、双曲抛物线反射镜；

所述的高温采集器件选自下列一种系统：

A、平面反射镜系统(定日镜)；

B、复合抛物面(盘式)、半球反射镜；

C、点聚焦菲尼尔镜。

3.根据权利要求1、2所述的太阳能热发电系统，其特征是：还至少含有另外一种由传统源提供的能源系统，两种能源系统进行互补的实现热发电。

4.根据权利要求3所述的太阳能热发电系统，其特征是：传统能源系统至少选自下列一种：

A、煤；

B、油；

C、可燃气。

5.根据权利要求1、2所述的太阳能热发电系统，其特征是：还至少含有一种以垃圾焚烧产生的热能为补偿的系统，两种能源系统进行互补的实现热发电。

6.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征是：所述的太阳能采集系统中还设置有下列至少一种器件：

A、真空玻璃管内部设置有热管

B、板式太阳能采集系统中设置有热管；

C、在真空管采集系统的真空管外部设置有复合抛物面反射镜。

7.根据权利要求2所述的太阳能热发电系统，其特征是：采用至少下列一种光热转化器，通过不同的太阳能采集器件，将太阳能转化为热能：

A、液态流体转换器件；

B、热管转换器件，采集器件的焦点位于为热管的蒸发端；

C、气态流体转换器件。

8.根据权利要求2所述的太阳能热发电系统，其特征是：对于中温采集系统可以采用单轴或双轴跟踪，高温采集器件，需要设置双轴跟踪实现对太阳能的跟踪。

9.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征是：将高温、中温、低温的太阳能的热能采集后，将热能由高至低的梯级的利用，低温太阳能采集系统与高温和/或中温太阳能采集系统进行串联。

10.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征是：还设置有蓄热器，实现对太阳能热能的储存，蓄热器与太阳能采集系统、热电转换系统进行并联。

11.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统的利用，其特征是：热电转换设备至少采用下列方式之一：

A、汽轮发电机；

B、斯特林发电机；

C、燃汽轮机发电系统。