CN101413719B - 带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统 - Google Patents

带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能热发电技术领域，公开了一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统，其中，光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能；动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。利用本发明，不但解决了蒸汽蓄存困难的问题，而且克服了以往以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电方案中的汽轮机运行受太阳辐射不稳定、不连续影响的困难。

Description

带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统。
背景技术
目前，太阳能热发电技术已得到广泛应用。通常使用的太阳能热发电技术的系统种类和系统特征概述如下：
1、抛物槽式太阳能热发电系统
抛物槽式太阳能热发电系统是利用槽式抛物面反射镜达到聚光要求的太阳能热发电形式，槽式抛物面对太阳多进行一维跟踪，其聚光比在40～80之间，集热工质的温度一般低于400℃。系统通常由聚光集热装置、蓄热装置、发电装置或/和辅助能源装置(如锅炉)等组成。抛物槽式太阳能热发电系统目前普遍采用导热油作为集热工质，低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390℃左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370℃左右的过热蒸汽，进入汽轮机中做功。通常，系统中导热油回路和蒸汽回路解耦运行。
抛物槽式太阳能热发电系统在美国已经具有大规模商业化运行的经验，目前的主要障碍是集热工质温度不高，动力子系统的热效率偏低；同时，蓄热子系统主要以价格昂贵的导热油为作为集热、蓄热工质，初投资较大，约占系统总投资的25％左右。由于几何聚光比的制约，单纯的抛物槽式太阳能热发电系统进一步提高性能、降低发电成本的难度较大。
2、塔式太阳能热发电系统
塔式太阳热发电系统也称为集中式太阳能热发电系统。系统聚光装置的聚光比通常在200～700之间，系统最高运行温度可达到1500℃。塔式太阳能热发电系统通常由定日镜、吸热器、蓄热装置、蒸汽产生装置以及热动装置等部件组成。为最大限度的捕捉到太阳辐射，定日镜通常采用双轴跟踪装置。经定日镜反射的太阳辐射聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中的热传输工质；蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，输出电能；蓄热装置把富余部分的太阳能以热的形式储存起来，以平衡系统能量供需，延长太阳能热发电系统的运行时间。
塔式太阳能热发电系统在20世纪80年代后备受世人关注。目前，在世界范围内有多座示范电站正在运行或建设中。与抛物槽式太阳能热发电系统相比，塔式太阳能热发电系统的集热温度更高，易生产高参数蒸汽，热动装置的效率相应提高。目前，吸热器中的热传输工质通常采用蒸汽、熔盐和空气三种形式。当吸热工质为蒸汽时，吸热器的设计成熟，系统运行的安全性提高，但由于蒸汽的热量难以储存，一般采用蒸汽直接进入汽轮机做功的方式，此时汽轮机的运行受太阳辐射不稳定、不连续性的影响；当吸热工质为熔盐时，虽解决了高温热量储存的难题，但熔盐在200℃～300℃时会发生凝结，当没有太阳能输入时，熔盐在吸热器中易发生凝结。目前，熔盐工质的存储、输运和蒸汽发生技术仍不成熟，处于研究探索阶段；当吸热工质为空气时，由于空气比热小，吸热器体积庞大，自耗电比例增大，系统难于大型化。为减小空气的流量，吸热器出口的空气温度相应提高，这对吸热器材料提出了更高的要求，系统运行的安全性降低。
3、碟式太阳能热发电系统
碟式太阳能热发电系统以单个旋转抛物面反射镜为基础，构成一个完整的聚光、集热和发电单元。采用双轴跟踪装置，其聚光比一般在1000～3000之间。吸热器吸收太阳辐射并将其转换成热能，来加热吸热工质，驱动热机(如燃气轮机、斯特林发动机或其它类型透平等)，实现光电转化。目前单个碟式系统的功率多为5～50kW，峰值发电效率可达29％，在太阳能热发电的各种方式中，其效率最高。碟式太阳能热发电系统主要应用于分散式动力系统，虽然可以将多个碟式装置组成一个较大的发电系统，但它们原则上仍然是小型系统，不易于大型化；同时目前还没有适合于碟式太阳能热发电系统的动力机械，其应用受到了一定的限制。
综上所述，在以上三种太阳能热发电技术中，塔式太阳能热发电系统的应用前景最为明朗。本发明针对以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电系统，提出了以相变材料为低温蓄热工质的双级蓄热方式，合理集成各子系统，优化蓄能利用方式，在提高蓄能利用率的前提下降低蓄能投资成本，对塔式太阳能热发电系统发展具有重要作用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，以解决蒸汽蓄存困难的问题，克服以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电方案中的汽轮机运行受太阳辐射不稳定、不连续影响的困难。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统，其中，
光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；
双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能；以及
动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能；
其中，所述光热转换子系统包括定日镜场、塔和吸热器，定日镜场接收并会聚太阳辐射能量，并将接收的太阳辐射能量反射传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热器中的水工质，使水转化为高压过热蒸汽，将太阳辐射能量转化为热能，然后将高压过热蒸汽输出给动力子系统或双级蓄热子系统；
所述双级蓄热子系统包括高温储热器和低温储热器，光热转换子系统输出的高压过热蒸汽首先经过高温储热器，将高压过热蒸汽的显热全部或部分存储在高温储热器中，经过高温储热器存储显热后的高压过热蒸汽转化为饱和蒸汽或低过热度蒸汽，输出给低温储热器；低温储热器存储蒸汽的剩余显热和潜热，经过低温储热器存储潜热后的饱和蒸汽转化为凝结水，循环返回给光热转换子系统的吸热器。
上述方案中，所述双级蓄热子系统在太阳辐射能量充足时储存热能，在太阳辐射能量不足时，动力子系统输出的凝结水进入低温储热器，吸收热量后转化为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高温储热器被进一步加热转化为过热蒸汽，过热蒸汽循环进入动力子系统，向动力子系统提供热能。
上述方案中，所述双级蓄热子系统在释放所蓄存的能量时，低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，将凝结水转化为饱和蒸汽；高温蓄热器用于饱和蒸汽的过热过程，将饱和蒸汽转化为过热蒸汽。
上述方案中，所述高温储热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质为熔盐，导热油或混凝土；所述低温储热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质为中温相变材料，或为高压饱和水。
上述方案中，所述高温储热器和低温储热器相互独立，光热转换子系统的吸热器产生的部分高温高压蒸汽的显热蓄存在高温蓄热器中，潜热蓄存在低温蓄热器中，实现了不同品位能量的分级蓄存。
上述方案中，所述动力子系统为一发电装置，用于将热能转化为电能。
上述方案中，所述发电装置接收经由光热转换子系统的吸热器输入的高压过热蒸汽，或者接收经由双级蓄热子系统的高温储热器输入的过热蒸汽，将高压过热蒸汽的热能转化为电能，并输出电能；高压过热蒸汽被转化为凝结水输出给光热转换子系统的吸热器或双级蓄热子系统的低温储热器。
上述方案中，该系统在光热转换子系统的吸热器与动力子系统之间进一步包括一调温减压器，将吸热器产生的高压过热蒸汽经调温减压后输送给动力子系统。
上述方案中，所述光热转换子系统与动力子系统采用耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的高压过热蒸汽，经调温减压器后进入发电装置，输出电能。
上述方案中，所述光热转换子系统与动力子系统采用部分耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量大于动力子系统需求时，多余蒸汽的能量将存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中；光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量不足时，双级蓄热子系统同时产生过热蒸汽，供动力子系统使用。
上述方案中，所述光热转换子系统与动力子系统采用完全解耦方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的过热蒸汽的能量完全存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中，动力子系统所需蒸汽的能量全部由双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中提供。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，在提高蓄能利用率和系统整体性能的基础上可以选择多种模式运行，并能够根据能量品位不同而实行双级蓄热，不但解决了蒸汽蓄存困难的问题，而且克服了以往以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电方案中的汽轮机运行受太阳辐射不稳定、不连续影响的困难。
2、高温蓄热器、低温蓄热器的蓄热工质选择更加灵活，高温蓄热工质可以选择熔盐、导热油等；低温蓄热工质可以选择中温相变材料、高压饱和水等。
3、高温蓄热器和低温蓄热器相互独立，吸热器产生的部分高温高压蒸汽的显热蓄存在高温蓄热器，潜热蓄存在低温蓄热器中，实现了不同品位能量的分级蓄存。
4、蓄热器在释放所蓄存的能量时，低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，高温蓄热器用于饱和蒸汽的过热过程。
5、塔式太阳能热发电系统的运行方式更加灵活，光热转换子系统与动力子系统可以采用耦合、部分耦合和完全解耦的方式运行。耦合运行时，吸热器产生的高温高压过热蒸汽，直接进入发电装置，输出电能；部分耦合运行时，吸热器产生的部分过热蒸汽进入动力子系统发电，多余蒸汽的能量按品位不同分级蓄存在高、低温蓄热器中。当太阳能输入不足时，蓄热装置同时产生过热蒸汽，使动力子系统有更长的高效运行时间；完全解耦运行时，吸热器产生的过热蒸汽的能量完全蓄存在高温蓄热器、低温蓄热器中，动力子系统所需蒸汽的能量全部由高、低温蓄热器提供。
6、本发明提供的这种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，采用双运行模式的太阳能吸热器，该太阳能吸热器以蒸汽为吸热工质，实行双运行模式，即，太阳能吸热器生产高压过热蒸汽，可以直接驱动动力子系统，又可存储在双级蓄热子系统中以间接产生过热蒸汽。双运行模式不仅提高了热电转化装置对太阳辐射不稳定的适应性，而且为今后塔式太阳能热发电系统的大型化奠定宽广的基础。
7、本发明提供的这种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，采用双级蓄热流程。为提高系统运行的稳定性和延长系统运行时间而蓄存一定量的太阳能是太阳能热发电系统中的关键技术之一。在本发明中采用了双级蓄热的流程结构，即将吸热器收集到的部分能量根据品位不同进行分级存储，高品位能量由高温蓄热器存储，中品位的能量由低温蓄热器存储；蓄热器在释放所蓄存的能量时，低温蓄热器存储的能量用于蒸汽的发生过程，高温蓄热器存储的能量用于蒸汽的过热过程。双级蓄热的好处主要有：①蓄热工质选择更加合理，高温蓄热器可以选择熔盐、导热油等作为蓄热工质，低温蓄热器可以选择中温相变材料及高压饱和水作为蓄热工质。双级蓄热方式可以大幅减小价格昂贵的高温蓄热工质的使用量，减小高温蓄热装置的体积，从而降低蓄热子系统的投资成本；②高温蓄热器、低温蓄热器功能独立，工作条件稳定，避免了单一蓄热器中蓄热和取热过程的复杂控制环节；③技术风险小，高温蓄热器的热容量仅为低温蓄热器的20％左右，可以大幅降低高温蓄热技术给系统带来的风险。
附图说明
图1为本发明提供的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的结构示意图；
图2为依照本发明第一个实施例的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的工作流程示意图；
图3为依照本发明第二个实施例的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的结构示意图，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统。其中，光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统。双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能。动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。
上述光热转换子系统包括定日镜场、塔和吸热器，定日镜场接收并会聚太阳辐射能量，并将接收的太阳辐射能量反射传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热器中的水工质，使水转化为高压过热蒸汽，将太阳辐射能量转化为热能，然后将高压过热蒸汽输出给动力子系统或双级蓄热子系统。
上述双级蓄热子系统包括高温储热器和低温储热器，光热转换子系统输出的高压过热蒸汽首先经过高温储热器，将高压过热蒸汽的全部或部分显热存储在高温储热器中，经过高温储热器存储显热后的高压过热蒸汽转化为饱和蒸汽或低过热度蒸汽，输出给低温储热器；低温储热器存储蒸汽的剩余显热和潜热，经过低温储热器存储潜热后的饱和蒸汽转化为凝结水，循环返回给光热转换子系统的吸热器。
上述双级蓄热子系统在太阳辐射能量充足时储存热能，在太阳辐射能量不足时，动力子系统输出的凝结水进入低温储热器，吸收热量后转化为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高温储热器被进一步加热转化为过热蒸汽，过热蒸汽循环进入动力子系统，向动力子系统提供热能。
上述双级蓄热子系统在释放所蓄存的能量时，低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，将凝结水转化为饱和蒸汽；高温蓄热器用于饱和蒸汽的过热过程，将饱和蒸汽转化为过热蒸汽。
上述高温储热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质为熔盐，导热油或为其他蓄热工质(例如混凝土等)；所述低温储热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质为中温相变材料，高压饱和水或为其他蓄热工质。
上述高温储热器和低温储热器相互独立，光热转换子系统的吸热器产生的部分高温高压蒸汽的显热蓄存在高温蓄热器中，潜热蓄存在低温蓄热器中，实现了不同品位能量的分级蓄存。
上述动力子系统为一发电装置，用于将热能转化为电能。发电装置接收经由光热转换子系统的吸热器输入的高压过热蒸汽，或者接收经由双级蓄热子系统的高温储热器输入的过热蒸汽，将高压过热蒸汽的热能转化为电能，并输出电能；高压过热蒸汽被转化为凝结水输出给光热转换子系统的吸热器或双级蓄热子系统的低温储热器。
该系统在光热转换子系统的吸热器与动力子系统之间进一步包括一调温减压器，将吸热器产生的高压过热蒸汽经调温减压后输送给动力子系统。光热转换子系统与动力子系统采用耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的高压过热蒸汽，经调温减压器后进入发电装置，输出电能。
上述光热转换子系统与动力子系统采用部分耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量大于动力子系统需求时，多余蒸汽的能量将存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中；光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量不足时，双级蓄热子系统同时产生过热蒸汽，供动力子系统使用。
上述光热转换子系统与动力子系统采用完全解耦方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的过热蒸汽的能量完全存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中，动力子系统所需蒸汽的能量全部由双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中提供。
再参照图1，本发明提供的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统包括定日镜场1、塔和吸热器2、调温减压器3、高温蓄热器4、低温蓄热器5及发电装置6。
其中，定日镜场1用于聚集太阳辐射并将其投射到吸热器2中，2中以水为吸热工质，生产高压过热蒸汽。过热蒸汽通过三通阀a的控制可直接进入调温减压器3，调整温度和压力后进入发电装置6，输出电能；过热蒸汽也可通过三通阀a的控制依次通过高温蓄热器4和低温蓄热器5，将蒸汽的显热和潜热分别存储在高温蓄热器4和低温蓄热器5中，凝结水经泵b加压后返回吸热器。过热蒸汽还可通过三通阀a的控制，一部分经调温减压器3进入发电装置6，输出电能；另一部分依次进入高温蓄热器4、低温蓄热器5，进行蓄热。当太阳辐射输入不足或没有太阳能输入时，发电装置的部分凝结水经过泵a加压后进入低温蓄热器5，吸热后转化成饱和蒸汽，饱和蒸汽在高温蓄热器4中被进一步加热，成为具有一定过热度的过热蒸汽后进入发电装置6，输出电能。
参照图2，图2为依照本发明第一个实施例的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的工作流程示意图。图2中各部件及相应的标记为：1-太阳；2-定日镜场；3-塔；4-吸热器；5-显热换热器；6-潜热换热器；7、20、22、23、26-泵；8-辅助锅炉；9-高温蓄热装置的热罐；10-高温蓄热装置的冷罐；11-蒸汽过热器；12-低温蓄热装置的热罐；13-低温蓄热装置的冷罐；14-蒸汽发生器；15-调温减压器；16、21、24-阀门；17-汽轮机；18-发电机；19-凝汽器；25-三通阀。
在图2中，太阳辐射经定日镜场2聚集到吸热器4上，吸热器4中以蒸汽作为吸热工质，产生高温高压过热蒸汽。系统为完全解耦运行模式时，过热蒸汽依次进入显热换热器5及潜热换热器6后凝结，凝结水经泵7加压后进入吸热器4。高温蓄热器由热罐9、冷罐10及油泵22组成。来自冷罐10的蓄热工质进入显热换热器5中，被加热后存储在热罐9中；低温蓄热器由热罐12、冷罐13及水泵23组成。来自冷罐13的蓄热工质进入潜热换热器6，被加热到一定温度后存储于热罐12中。发电装置的给水s11先进入蒸汽发生器14，吸收低温蓄热器中热罐12的能量后产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入蒸汽过热器11，吸收高温蓄热器中热罐9的能量后变成过热蒸汽，之后进入汽轮机17，输出电能。17的排汽在凝汽器19中凝结，凝结水经泵20加压后进入蒸汽发生器14，完成系统的解耦运行；当系统以耦合方式运行时，吸热器4产生的过热蒸汽直接经调温减压器15后进入汽轮机发电，汽轮机排汽经冷凝加压后返回到吸热器4中。当吸热器产生的蒸汽量大于汽轮机额定蒸汽量时，多余部分的过热蒸汽经显热换热器5和潜热换热器6，将其所含能量按品位不同进行分级蓄存。当吸热器产生的蒸汽不能满足汽轮机额定需求时，蓄热装置同时产生蒸汽，供给汽轮机使用。实施例1中设置了辅助锅炉8，该锅炉燃用常规的化石燃料，生产的蒸汽可直接进入汽轮机，也可进入蓄热装置。
参照图3，图3为依照本发明第二个实施例的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统的工作流程示意图。图3中各部件及相应的标记为：1-太阳；2-定日镜场；3-塔；4-吸热器；5-显热换热器；6-蒸汽蓄热器；7-辅助锅炉；8-高温蓄热装置的热罐；9-高温蓄热装置的冷罐；10-蒸汽过热器；11-调温减压器；12、18、19-阀门；13-汽轮机；14-发电机；15-凝汽器；16、17-泵。
在图3中，太阳辐射经定日镜场2聚集到吸热器4上，吸热器4中以蒸汽作为吸热工质，产生过热蒸汽。系统为完全解耦运行模式时，过热蒸汽依次进入显热换热器5和蒸汽蓄热器6；高温蓄热器由热罐8、冷罐9和油泵17组成，来自9的蓄热工质进入5，被加热后存储于热罐8中；低温蓄热器为蒸汽蓄热器6，蒸汽s2与过冷水进行热交换后变为相应压力下的饱和水，存储在蒸汽蓄热器6中。通过控制出口压力的方法，蒸汽蓄热器6在减压后生产满足汽轮机13所需压力的饱和蒸汽s13，之后，饱和蒸汽进入蒸汽过热器10，吸收高温蓄热器中热罐8的高品位能量后变成过热蒸汽s4，之后进入汽轮机13，输出电能，汽轮机的排汽在凝汽器15中凝结，凝结水经泵16加压后进入吸热器4；当系统以耦合方式运行时，吸热器产生的蒸汽通过调温减压器11后进入汽轮机13，输出电能，汽轮机的排汽经过冷凝加压后返回到吸热器4。当吸热器产生的蒸汽量大于汽轮机额定蒸汽量时，多余部分的过热蒸汽经显热换热器5、蒸汽蓄热器6，将其所
含能量按品位分级蓄存。当吸热器产生的蒸汽不能满足汽轮机需求时，蓄热装置同时产生蒸汽，供给汽轮机使用。该系统还设置了辅助锅炉7，该锅炉燃用常规化石燃料，生产的蒸汽可直接进入汽轮机，也可进入蓄热装置。
本发明还分别对上述第一个实施例和第二个实施例进行了模拟，对于第一个实施例，系统中的主要参数如表1所示，其热力性能如表3所示。高温蓄热器和低温蓄热器的蓄热工质可根据实际情况加以选择。对于第二个实施例，系统中的主要参数如表2所示，其热力性能如表3所示。
物流序号 温度(℃)   压力(MPa) 物流序号 温度(℃)   压力(MPa)
  S1   410   5   S11   40   2.5
  S2   287.7   4.85   S12   212   2.43
  S3   240   4.7   S13   395   1.07
  S4   240   5.5   S14   395   1.04
  S5   410   5   S15   240   1.0
  S6   390   2.354   S16   240   1.1
  S7   390   2.354   S17   254   10
  S8   390   2.354   S18   254   9.9
  S9   40   0.007   S19   230   9.7
  S10   40   0.007   S20   230   10.2
表1
物流序号 温度(℃)   压力(MPa) 物流序号 温度(℃)   压力(MPa)
  S1   410   2.6   S7   40   2.9
  S2   261   2.52   S8   410   2.6
  S3   390   2.354   S9   395   1.07
  S4   390   2.354   S10   395   1.04
  S5   40   0.007   S11   240   1.0
  S6   40   0.007   S12   240   1.1
表2
  电站容量(MW)   定日镜面积(万m2)   蓄热容量(h)   镜面反射率   清洁度   吸热器效率   镜场效率   场可用度   蓄热效率   热功转换效率   自用电率   峰值效率
  实施例1 1.5 1.4 1 0.90 0.95 0.9 0.85 0.98 0.99 0.25 0.15 0.13
  实施例2 1.5 1.4 1 0.90 0.95 0.9 0.85 0.98 0.99 0.25 0.12 0.14
  大型化 100 136.61 13 0.94 0.95 0.9 0.68 0.995 0.995 0.43 0.1 0.21
表3
本发明所提出的双级蓄热塔式太阳能热发电系统(吸热器以水为吸热工质)，适用温度范围为300℃～700℃，高温蓄热工质可采用熔盐、导热油等作为蓄热工质，低温蓄热工质可采用中温相变材料(相变温度300℃～370℃)或高压饱和水等。本发明集成了双级蓄热的双运行模式的塔式太阳能热发电系统，对于降低大型化的塔式太阳能热发电系统中的蓄能投资和提高蓄能利用率方面具有无可比拟的优越性，本发明对双级蓄热的塔式热发电系统的大型化性能预测如表3所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统，其中，
光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；
双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能；以及
动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能；
其中，所述光热转换子系统包括定日镜场、塔和吸热器，定日镜场接收并会聚太阳辐射能量，并将接收的太阳辐射能量反射传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热器中的水工质，使水转化为高压过热蒸汽，将太阳辐射能量转化为热能，然后将高压过热蒸汽输出给动力子系统或双级蓄热子系统；
所述双级蓄热子系统包括高温储热器和低温储热器，光热转换子系统输出的高压过热蒸汽首先经过高温储热器，将高压过热蒸汽的显热全部或部分存储在高温储热器中，经过高温储热器存储显热后的高压过热蒸汽转化为饱和蒸汽或低过热度蒸汽，输出给低温储热器；低温储热器存储蒸汽的剩余显热和潜热，经过低温储热器存储潜热后的饱和蒸汽转化为凝结水，循环返回给光热转换子系统的吸热器。
2.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述双级蓄热子系统在太阳辐射能量充足时储存热能，在太阳辐射能量不足时，动力子系统输出的凝结水进入低温储热器，吸收热量后转化为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高温储热器被进一步加热转化为过热蒸汽，过热蒸汽循环进入动力子系统，向动力子系统提供热能。
3.根据权利要求2所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述双级蓄热子系统在释放所蓄存的能量时，低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，将凝结水转化为饱和蒸汽；高温蓄热器用于饱和蒸汽的过热过程，将饱和蒸汽转化为过热蒸汽。
4.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温储热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质为熔盐，导热油，金属蓄热材料或混凝土；所述低温储热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质为相变材料，导热油或为高压饱和水。
5.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温储热器和低温储热器相互独立，光热转换子系统的吸热器产生的部分高温高压蒸汽的显热蓄存在高温蓄热器中，潜热蓄存在低温蓄热器中，实现了不同品位能量的分级蓄存。
6.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述动力子系统为一发电装置，用于将热能转化为电能。
7.根据权利要求6所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述发电装置接收经由光热转换子系统的吸热器输入的高压过热蒸汽，或者接收经由双级蓄热子系统的高温储热器输入的过热蒸汽，将高压过热蒸汽的热能转化为电能，并输出电能；高压过热蒸汽被转化为凝结水输出给光热转换子系统的吸热器或双级蓄热子系统的低温储热器。
8.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，该系统在光热转换子系统的吸热器与动力子系统之间进一步包括一调温减压器，将吸热器产生的高压过热蒸汽经调温减压后输送给动力子系统。
9.根据权利要求8所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述光热转换子系统与动力子系统采用耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的高压过热蒸汽，经调温减压器后进入发电装置，输出电能。
10.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述光热转换子系统与动力子系统采用部分耦合方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量大于动力子系统需求时，多余蒸汽的能量将存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中；光热转换子系统的吸热器产生的蒸汽量不足时，双级蓄热子系统同时产生过热蒸汽，供动力子系统使用。
11.根据权利要求1所述的带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述光热转换子系统与动力子系统采用完全解耦方式运行，光热转换子系统的吸热器产生的过热蒸汽的能量完全存储在双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中，动力子系统所需蒸汽的能量全部由双级蓄热子系统的高温蓄热器和低温蓄热器中提供。
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