CN101539123A - 槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种槽塔结合的太阳能热发电系统，包括低温槽式集热及低温蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和发电子系统。低温槽式集热及蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，输送给高温塔式集热及高温蓄热子系统或低温蓄热器；高温塔式集热及高温蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳能辐射转化为高温热能，输送给动力子系统或高温蓄热器；动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。本发明解决了槽式太阳能热发电系统集热温度不高且提升困难，单塔太阳能热发电系统定日镜场的光学效率受电厂规模的影响大、不易大型化的问题，降低了系统的初投资和占地面积。

Description

槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统
技术领域
本发明涉及可再生能源应用技术领域，尤其是一种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统。
背景技术
本发明是太阳能热发电技术中的一种新的系统集成方式。目前，已有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线聚焦抛物面反射镜达到聚光要求的太阳能热发电形式，槽式抛物面反射面对太阳多进行一维跟踪，其聚光比在40至80之间，集热温度一般低于400℃。目前，抛物槽式太阳能热发电系统多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，输出电能。
抛物槽式太阳能热发电系统在美国已具有大规模商业化运行的经验，目前的主要问题是当系统集热温度高于400℃后，太阳能集热器的真空度难以保证、寿命迅速降低，并且集热效率也急剧下降，例如，当DNI＝800W/m2，温度为500℃时的年均集热效率为0.53，温度为250℃时年均集热效率为0.71，500℃比250℃的年均集热效率约降低25.4％。统计国外资料得到，槽式式太阳能热发电系统的单位发电量的占地面积约为22m2/kWe～35m2/kWe，且随着电厂发电规模的增加，单位发电量的占地面积略有减少。因槽式线聚焦抛物面反射镜的几何聚光比低及集热温度低等条件的制约，使得抛物槽式太阳能热发电系统中的动力子系统热效率偏低，通常在35％左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能热发电系统进一步提高热效率、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，系统聚光比通常在200至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，完成电能输出。
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，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高，易生产高参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是，当定日镜场的聚光集热功率增大时，即单塔太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低，例如，当定日镜场的聚光功率为50MW时，其年均场效率为0.596，当聚光功率为500MW时，场效率为0.413，且随着聚光功率的增加，场效率减小的趋势加快。统计国外资料得到，塔式太阳能热发电系统的单位发电量的占地面积为68m2/kWe左右，且随着电厂规模的增加，单位发电量的占地面积略有减少。目前，世界成功运行的最大的塔式太阳能热发电系统是Solar One，电厂发电功率为10MWe，场效率为58.1％。
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至3000之间。吸热器吸收太阳辐射并将其转换成热能，加热吸热工质，驱动热机实现光电转化。目前单个碟式系统的功率多为5kW至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，其应用受到了很大限制。
综上所述，在以上三种太阳能热发电技术中，抛物槽式太阳能热发电系统的镜场光学效率不受发电规模的影响，易于大型化，但随着集热温度的提高，抛物槽镜场的集热效率明显降低，其集热温度通常在400℃以下；塔式太阳能热发电系统虽然可以达到很高的集热温度，但定日镜场的光学效率随电厂的规模的变大明显降低，不易大型化。
考虑到以上两种太阳能热发电系统各自的优点，本发明提出了一种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，该系统首次集成了具有独立的高、低温集热和蓄热子系统的太阳能热发电系统，成功解决了槽式太阳能热发电系统集热温度提升困难和塔式太阳能热发电系统难于大型化的问题，同时梯级利用了高、低温集热子系统收集到的太阳能，提高了热效率。由于抛物槽镜场单位面积的造价低于定日镜场，本发明能够降低系统的设备投资。另外，抛物槽镜场的单位发电量的用地面积远低于定日镜场，在产生相同品位蒸汽的条件下，槽塔结合方式比塔式太阳能热发电系统的电厂用地面积会大幅度降低。
总之，本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，在提高系统热效率的同时，降低系统的设备投资和太阳能热发电电厂用地面积，并为进一步降低太阳能热发电成本提供理论基础，对太阳能热发电的发展具有重要作用。
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槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，以解决槽式太阳能热发电系统集热温度不高且提升困难，以及单塔太阳能热发电系统定日镜场的光学效率受电厂规模的影响大，不易大型化的问题，提高系统的热效率，降低系统设备投资和电厂用地面积。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，该系统至少包括低温槽式集热及低温蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和发电子系统，其中，
低温槽式集热及蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，输送给高温吸热器或低温蓄热器；
高温塔式集热及高温蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳能辐射转化为高温热能，输送给动力子系统或高温蓄热器；
动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。
优选地，所述低温槽式集热及低温蓄热子系统包括抛物槽试镜场、吸热管和低温蓄热器；抛物槽式镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给吸热管，加热吸热管中的水或其它传热工质，将太阳辐射能量转化为中温热能，然后将产生的饱和蒸汽或中温传热工质输出给高温吸热器或低温蓄热器。
优选地，所述低温槽式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于低温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，低温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。
优选地，所述低温蓄热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质可以采用熔盐、导热油、相变蓄热材料或混凝土等。
优选地，所述高温塔式集热及高温蓄热子系统包括定日镜场、塔与吸热器、高温蓄热器；定日镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热管中的饱和蒸汽或其它传热工质，将太阳辐射能量转化为高温热能，然后将产生的过热蒸汽或高温传热工质输出给动力子系统或高温蓄热器。
优选地，所述高温塔式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于高温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，高温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。
优选地，所述高温蓄热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质可以采用熔盐，相变蓄热材料或金属蓄热材料等。
优选地，所述动力子系统为一发电装置，用于将热能转化为电能。
优选地，所述动力子系统可以采用再热汽轮机发电，以提高系统的热转功效率。
优选地，所述低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统联合运行；低温槽式集热及蓄热子系统可以产生饱和蒸汽，高温塔式集热及高温蓄热子系统用于产生过热蒸汽，动力子系统用于将蒸汽所含能量转化为电能。
优选地，当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统的吸热工质为水时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统耦合运行。低温槽式集热及蓄热子系统制取的饱和蒸汽，送入高温塔式集热及高温蓄热子系统转化成过热蒸汽，然后过热蒸汽送入动力子系统进行发电；当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统中为其它吸热工质时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和动力子系统实现完全解耦运行；低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统收集的热量先存储于低温蓄热器和高温蓄热器中，然后低温蓄热器产生饱和蒸汽，饱和蒸汽经高温蓄热器过热后供给动力子系统进行发电。
(三)有益效果
从上述的技术方案中可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，适用于大型化太阳能热发电系统，克服了单一太阳能热发电方式所存在的问题，提高了系统的热效率，降低了系统设备投资和电厂用地面积；同时，本发明所提出的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统中高、低温集热子系统相互独立，集热能量利用更加合理，体现出能的梯级利用理念。
2、本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，具有相互独立的槽式、塔式太阳能热发电子系统。本发明对抛物槽镜场、定日镜场进行了优化组合，梯级利用了镜场收集到的太阳能辐射，即抛物槽镜场与定日镜场收集到的太阳能分别用于蒸汽的发生与过热过程。槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，提高了镜场整体的光学效率，易产生高品位蒸汽，提高了系统的热效率，为今后太阳能热发电系统的大型化奠定宽广的基础。
3、本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，吸收了槽式集热装置和塔式集热装置的优点，具有抛物槽式太阳能热发电系统在抛物槽镜场光学效率变化小的条件下易于大型化及塔式太阳能热发电系统集热温度高的双重优点。系统中抛物槽镜场及定日镜场收集到的太阳能分别用于动力子系统中蒸汽的发生过程和过热过程，提高了太阳能热发电系统的光热转化效率；同时，由于抛物槽镜场单位面积的造价低于定日镜场，单位发电量所需的抛物槽镜场面积低于定日镜场，因此，本发明所提系统可以降低太阳能热发电系统的设备投资及电厂用地面积；
4、本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，独立的高、低温集热子系统将所收集的太阳热能根据温度高低分别蓄存在高、低温蓄热器中，实现了太阳热能的分级存储；高温级蓄热装置存储的高温热能用于过热或再热蒸汽，低温级蓄热装置存储的低温热能用于产生饱和蒸汽，实现了热能的梯级利用。新系统在高效利用蓄热的同时，降低了蓄热设备的投资；同时使高、低温蓄热工质的选择更加灵活，高温段可以选用熔盐，低温段可以采用导热油、熔盐或中温相变材料等吸热工质。
5、本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，适用于大型化的太阳能热发电系统，与其它太阳能热发电方式相比，首次集成了具有独立高、低温集热子系统的太阳能热发电系统，成功地解决了槽式太阳能热发电系统集热温度提升困难和塔式太阳能热发电系统难于大型化的问题；本发明所提出的新型太阳能热发电系统，不但可以提高太阳能热发电系统的热效率，还可以降低单位发电量的设备投资和电厂用地面积。
附图说明
图1为本发明提供的槽塔结合的双级蓄热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槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统的结构示意图；
图3为依照本发明第二个实施例的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统的结构示意图；
图1中各部件及相应的标记为：1-定日镜场；2-吸热器；3-高温蓄热器；4-泵；5-抛物槽镜场；6-吸热器；7-低温蓄热器；8-泵；9-减温减压器；10-发电装置；11-泵；
图2中各部件及相应的标记为：1-太阳；2-定日镜场；3-吸热器；4-塔；5-高温蓄热器的热罐；6、9、13、14、20-泵；7-高温蓄热器的冷罐；8-蒸汽过热器；10-抛物槽反射镜；11-低温蓄热器的热罐；12-低温蓄热器的冷罐；15-蒸汽发生器；16-调温减压器；17-汽轮机；18-发电机；19-凝汽器；21、23-阀门；22-吸热管；
图3中各部件及相应的标记为：1-太阳；2-定日镜场；3-吸热器；4-塔；5-高温蓄热器的热罐；6、9、13、16、22、27-泵；7-高温蓄热器的冷罐；8-蒸汽过热器；10-高温热交换器；11-抛物槽反射镜；12-低温蓄热器的热罐；14-低温蓄热器的冷罐；15-蒸汽发生器；17-低温热交换器；18-调温减压器；19-汽轮机；20-发电机；21-凝汽器；23、24、25-阀门；26-吸热管。
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。
图1为本发明提供的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统的结构示意图，该系统至少包括低温槽式集热及低温蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和发电子系统。
其中，低温槽式集热及蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，输送给高温塔式集热及高温蓄热子系统或低温蓄热器；
高温塔式集热及高温蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳能辐射转化为高温热能，输送给动力子系统或高温蓄热器；
动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，实现热功转换，并输出电能。
低温槽式集热及低温蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统相互独立。太阳辐射经抛物槽镜面与定日镜镜面反射后分别聚集到吸热管和塔顶吸热器。高、低温吸热工质分别流经吸热器和吸热管，将镜场收集到的太阳辐射能量带走。低温槽式集热及低温蓄热子系统提供蒸汽产生过程中所需的能量；高温塔式集热及高温蓄热子系统提供蒸汽过热段所需的能量；动力子系统用于热功转换，输出电能
上述低温槽式集热及低温蓄热子系统包括抛物槽试镜场、吸热管和低温蓄热器，抛物槽式镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给吸热管，加热吸热管中的水或其它吸热工质，将太阳辐射能量转化为热能，提供蒸汽产生过程所需的能量。
低温槽式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于低温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，低温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。低温蓄热器中包含有低温蓄热工质，可以采用熔盐、导热油、相变蓄热材料或混凝土等。
上述高温塔式集热及高温蓄热子系统包括定日镜场、塔与吸热器、高温蓄热器，定日镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热管中的饱和蒸汽或传热工质，将太阳辐射能量转化为热能，然后将产生的过热蒸汽或高温传热工质输出给动力子系统或高温蓄热器。
高温塔式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于高温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，高温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。高温蓄热器中包含有高温蓄热工质，可以采用熔盐，相变蓄热材料或金属蓄热材料等。
上述动力子系统为蒸汽动力发电装置，用于实现热功转换。动力子系统可以采用再热汽轮机发电，以大幅提高系统的热转功效率。
上述低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统联合运行，低温槽式集热及蓄热子系统产生饱和蒸汽，输入到高温塔式集热及高温蓄热子系统，并转化成过热蒸汽，通过动力子系统转化成电。
当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统的吸热工质为水时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统耦合运行，低温槽式集热及蓄热子系统制取的饱和蒸汽，经高温塔式集热及高温集热子系统过热后，进入动力子系统进行发电；
当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统中的吸热工质为其它工质时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和动力子系统实现完全解耦运行，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统收集的热量先存储于低温蓄热器和高温蓄热器中，然后低温蓄热器产生饱和蒸汽，经过高温蓄热器过热后供给动力子系统进行发电。
再参照图1，定日镜场1与抛物槽镜场5用于聚集太阳辐射并分别将其投射到吸热器2与吸热管6中，吸热器2与吸热管6中分别以熔盐和导热油为吸热工质。高温熔盐与中温导热油分别流经高温蓄热器3和低温蓄热器7，所放出的热量用于水蒸汽的过热和产生过程，放热后的熔盐和导热油分别经泵提压后送入吸热器2和吸热管6中，吸收太阳辐射，完成光到热的转换。从高温蓄热器3中产生的高参数过热蒸汽经调温减压器9调节后进入到发电装置10中放热，输出电能。凝结水经泵11升压后进入低、高温蓄热器，产生高参数蒸汽，完成动力子系统的循环过程。
图2为依照本发明第一个实施例的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统的结构示意图。在本实施例中，太阳辐射经定日镜场2和抛物槽镜场10聚集到吸热器3和吸热管22上，吸热器3和吸热管22分别以熔盐和导热油为吸热工质。高温熔盐流经高温蓄热器的热罐5后进入蒸汽过热器8，放热后进入高温蓄热器的冷罐7；从吸热管22流出的导热油经低温蓄热器的热罐11后进入到蒸汽发生器15，放热后进入低温蓄热器的冷罐。放热后的熔盐和导热油分别经泵提压后进入吸热器3和吸热管22中，吸收定日镜场和抛物槽镜场收集到的太阳能。
动力子系统中的凝结水经泵20升压后在蒸汽发生器中与导热油进行换热，产生饱和水蒸汽，饱和水蒸汽进入到蒸汽过热器8，与熔盐进行换热，产生的过热蒸汽经调温减压器16调整后进入到汽轮机17中，过热蒸汽在汽轮机中放热后通过发电机18输出电能，乏汽经凝汽器19后冷凝，凝结水经泵20升压后进入到蒸汽发生器，完成动力子系统循环，输出电能。
对图2所述实施例进行模拟，系统中的主要参数如表1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。
  物流序号 温度(℃)   压力(MPa)   物流序号 温度(℃)   压力(MPa)
  S1   565   0.15   S7   250   0.15
  S2   565   0.65   S8   250   1.0
  S3   350   0.15   S9   37   0.0063
  S4   350   2.0   S10   230   11.0
  S5   325   0.15   S11   310   10.65
  S6   325   0.55   S12   510   10.0
表1
图3为依照本发明第二个实施例的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统的结构示意图。本实施例中，抛物槽镜场和定日镜场中的吸热工质为水蒸汽。太阳辐射经定日镜场2和抛物槽镜场11分别聚集到吸热器3和吸热管26上，经凝汽器凝结后的未饱和水经泵22升压后进入吸热管26中，在26中吸收抛物槽镜场11收集到的太阳辐射成为相应压力下的饱和水蒸汽，饱和水蒸汽进入到吸热器3中吸收定日镜场2聚集到的太阳能，变成相应压力下的过热蒸汽。
从吸热器3中流出的高参数过热蒸汽分为两路，其一经调温减压器18调整后进入到汽轮机19中做功，经发电机20输出电能，乏汽经凝汽器21冷凝后成为未饱和水，经泵升压后进入到抛物槽镜场中的吸热管中；其二流入到高温热交换器10中，与高温蓄热工质进行热交换，放热后的水蒸汽进入到低温热交换器17中，与低温蓄热工质进行热交换，成为凝结水，同样被送入到抛物槽镜场中的吸热管26中，完成蓄热过程。
当蓄热单元放热时，储存在高温蓄热器热罐5中的高温蓄热工质经泵6提压后进入到蒸汽过热器8中进行热交换，高温蓄热工质被冷却后储存在高温蓄热器的冷罐7中，经泵9后进入高温换热器10中与吸热器3产生的蒸汽进行热交换，成为热的高温蓄热工质；储存在低温换热器热罐12中的低温蓄热工质经泵13提压后进入到蒸汽发生器15中进行换热，低温蓄热工质被冷却后储存在低温蓄热器的冷罐14中，经泵16后进入到低温热交换器17中，与从高温换热器10中流出的蒸汽进行换热。蓄热单元产生的高参数蒸汽同样进入到汽轮机中作功，输出电能。
对图3所述实施例进行模拟，系统中的主要参数如表2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。
  物流序号   温度(℃)   压力(MPa)   物流序号   温度(℃)   压力(MPa)
  S1   565   10.5   S10   350   0.65
  S2   565   10.4   S11   375   10.0
  S3   510   10.0   S12   270   9.6
  S4   37   0.0063   S13   325   0.15
  S5   230   11.8   S14   325   0.65
  S6   310   11.3   S15   250   0.15
  S7   540   0.15   S16   250   0.65
  S8   540   0.65   S17   230   10.8
  S9   350   0.15   S18   310   10.4
表2
本发明所提出的槽塔结合的新型太阳能热发电方式，适用温度范围为500℃至700℃的大型太阳能热发电系统。系统中，高温蓄热工质可采用熔盐，低温蓄热工质可采用导热油或中温相变材料(相变温度300℃至360℃)。本发明所提出的系统，在提高太阳能热发电系统的热效率，降低系统的初投资和电厂用地面积方面显示出无可比拟的优越性。本发明对槽塔结合的新型太阳能热发电系统的大型化性能预测如表3所示。
  项目   槽式电站   塔式电站   槽塔结合电站
  电站容量(MW)   100   100   100
  设计DNI(W/m2)   800   800   800
  聚光面积(万m2)   112   151   92
  蓄热发电时间(h)   12   12   12
  蒸汽初温(℃)   400   565   565
  镜场效率(％)   60.1   37.2   60.8
  蓄热效率(％)   98   98   98
  蒸汽压力(MPa)   4.5   10.0   10.0
  热转功效率(％)   35.1   42.3   42.3
  自用电率(％)   88   82   86.3
  年平均效率(％)   14.2   10.7   17.3
  电厂造价(＄/kWe)   3562   4047   3261
表3
目前，槽式、塔式太阳能热发电系统是太阳能热发电方式中最具有发展潜力的两种系统形式，其特点如下：槽式太阳能热发电系统中由于抛物槽式反射镜几何聚光比低且集热效率随集热温度升高而降低等特性的制约，其集热温度一般低于400℃。但抛物槽式太阳能热发电系统在集热温度不变的前提下，镜场集热效率不受电厂规模的影响；塔式太阳能热发电系统的几何聚光比高，集热温度高，易产生高品位蒸汽，但是单塔的定日镜场的光学效率随电厂规模的增大而明显降低。
本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，将上述两种太阳能热发电方式作为独立的子系统，对其优点进行集成，即，抛物槽镜场与定日镜场收集到的太阳能分别用于动力子系统中蒸汽的发生与过热过程，梯级利用所收集到的太阳热能，降低了槽式集热系统的集热温度，减少了定日镜场的占地面积；同时，抛物槽镜场单位面积的造价低于定日镜场，单位发电量所需的镜场面积低于定日镜场，因此，槽塔结合的新型太阳能热发电系统能够有效降低单位发电成本。槽式、塔式太阳能热发电系统中的镜场投资如表4所示。
Figure A20081010220400171
表4
由表4可以看出，每单位镜场面积，在投资方面，抛物槽镜场比定日镜场减少了15.1％。同时，抛物槽式太阳能热发电系统的平均场用地面积约是塔式太阳能热发电系统的51.5％。在产生动力子系统所需蒸汽的过程中，产生水蒸汽所需的潜热占很大比例，因此，本发明提供的这种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，与塔式太阳能热发电系统在产生相同品位水蒸气时，场用地面积将大幅度减少。
上述的实施例，是对本发明的发明目的、技术方案和收益效果的进一步阐述。上述方案的流程和参数仅为本发明的具体实施例，并非限制本发明。凡在本发明的原则之内，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、一种槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，该系统至少包括低温槽式集热及低温蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和发电子系统，其中，
低温槽式集热及蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，输送给高温吸热器或低温蓄热器；
高温塔式集热及高温蓄热子系统，用于接收并汇聚太阳能辐射能量，将接收的太阳能辐射转化为高温热能，输送给动力子系统或高温蓄热器；
动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。
2、根据权利要求1所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述低温槽式集热及低温蓄热子系统包括抛物槽试镜场、吸热管和低温蓄热器；抛物槽式镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给吸热管，加热吸热管中的水或传热工质，将太阳辐射能量转化为热能，然后将产生的饱和蒸汽或中温传热工质输出给高温吸热器或低温蓄热器。
3、根据权利要求2所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述低温槽式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于低温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，低温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。
4、根据权利要求2所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述低温蓄热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质采用熔盐、导热油、相变蓄热材料或混凝土。
5、根据权利要求1所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温塔式集热及高温蓄热子系统包括定日镜场、塔与吸热器、高温蓄热器；定日镜场接收并汇聚太阳能辐射能量，并将接收的能量传递给位于塔顶的吸热器，加热吸热管中的饱和蒸汽或传热工质，将太阳辐射能量转化为高温热能，然后将产生的过热蒸汽或高温传热工质输出给动力子系统或高温蓄热器。
6、根据权利要求5所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温塔式集热及蓄热子系统在太阳辐射能量充足时将多余的能量储存于高温蓄热器，当太阳辐射能量不足时，高温蓄热器放出热量，弥补太阳辐射能量的不足。
7、根据权利要求5所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温蓄热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质采用熔盐，相变蓄热材料或金属蓄热材料。
8、根据权利要求1所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，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。
9、根据权利要求1或8所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述动力子系统可采用再热汽轮机发电，以提高系统的热转功效率。
10、根据权利要求1所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，所述低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统联合运行；低温槽式集热及蓄热子系统用于产生饱和蒸汽，高温塔式集热及高温蓄热子系统用于产生过热蒸汽，动力子系统用于将蒸汽所含能量转化为电能。
11、根据权利要求1所述的槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，其特征在于，
当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统的吸热工质为水时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统与动力子系统耦合运行，低温槽式集热及蓄热子系统制取的饱和蒸汽，送入高温塔式集热及高温蓄热子系统转化成过热蒸汽，然后过热蒸汽送入动力子系统进行发电；
当低温槽式集热及蓄热子系统和高温塔式集热及高温蓄热子系统中的吸热工质为熔盐时，低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统和动力子系统实现完全解耦运行；低温槽式集热及蓄热子系统、高温塔式集热及高温蓄热子系统收集的热量先存储于低温蓄热器和高温蓄热器中，然后低温蓄热器产生饱和蒸汽，饱和蒸汽经高温蓄热器过热后供给动力子系统进行发电。
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