CN101702597A

CN101702597A - 太阳能高温蓄热式热发电方法及装置

Info

Publication number: CN101702597A
Application number: CN200910073146A
Authority: CN
Inventors: 周春良; 郑洪涛; 徐鑫
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2010-05-05

Abstract

本发明提供的是一种太阳能高温蓄热式热发电方法及装置。由太阳能塔式集热模块I、高温相变蓄热模块II、热电转换模块III、光伏发电模块IV组成太阳能高温蓄热式热发电装置；太阳能光伏发电系统将太阳光能直接转化为电能；太阳热发电系统在日照充足时通过太阳能塔式集热模块I吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块II中，相变蓄热模块II中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块III直接将热能转换为电能；当日照不足时，蓄热材料放热，并作为热电转换模块III的供热源。本发明作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源开发技术，采用蓄热技术来保障有效使用和提供时间延迟，实现移峰填谷。

Description

太阳能高温蓄热式热发电方法及装置

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能发电装置。

背景技术

在过去的一个世纪中，煤炭、石油、天然气等化石能源的开发与利用揭开了大工业时代的序幕，百年前后人类总的年能源供应量增长了近10倍。然而，无节制的资源开发和低效的能源利用造成了大量的资源浪费、日益严重的生态环境污染与能源资源的短缺，人类的生存空间受到了极大威胁，在新的世纪里，能源科学不得不同时面对资源浪费、资源短缺与环境污染的三重压力，因此，人们逐渐将目光转向可再生资源的利用和电力调峰及电热余热存储上。我国的发电系统，其高峰与低谷的发电输出功率相差悬殊，谷电利用率不高。目前，蓄热技术仍是回收未并网的小水电、风力发电、太阳能发电的一个重要手段。在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷，填平需求低谷，以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可以节约燃料，降低电厂的初投资和燃料费用，提高机组的运行效率和改善机组的运行条件，从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率，降低排气污染，改善环境。

世界能源储量最多的是太阳能，占再生能源的99％左右，因其取之不尽、用之不竭、无污染、成本低的特征而受到广泛关注，世界各国纷纷展开对太阳能利用的研究工作，其中包括太阳能的收集、转换、储存及输运等。但是目前太阳能的开发利用还处于初级阶段，在地表每天只有一小部分太阳能被吸收利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现移峰填谷功能的太阳能高温蓄热式热发电方法。本发明的目的还在于提供一种太阳能高温蓄热式热发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的太阳能高温蓄热式热发电方法为：由太阳能塔式集热模块I、高温相变蓄热模块II、热电转换模块III、光伏发电模块IV组成太阳能高温蓄热式热发电装置，其中太阳能塔式集热模块I、高温相变蓄热模块II、热电转换模块III组成太阳热发电系统，光伏发电模块IV单独构成光伏发电系统；太阳能光伏发电系统根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能；太阳热发电系统在日照充足时通过太阳能塔式集热模块I吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块II中，相变蓄热模块II中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块III直接将热能转换为电能；当日照不足时，蓄热材料放热，并作为热电转换模块III的供热源。

本发明的太阳能高温蓄热式热发电装置：包括太阳能塔式集热模块I、高温相变蓄热模块II、热电转换模块III、光伏发电模块IV；太阳能光伏发电模块IV利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能通过电控系统输出；太阳能塔式集热模块I通过聚光集热装置吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块II中，相变蓄热模块II中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块III直接将热能转换为电能通过电控系统输出；相变蓄热模块II与热电转换模块III连接。

所述的传热工质为熔盐，熔盐成分的摩尔比组成为：42.5％氯化钠、20.5％氯化钾、37％无水氯化镁，熔盐熔点为400℃。

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型的高温蓄热式发电系统。作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源开发技术，采用蓄热技术来保障有效使用和提供时间延迟，实现移峰填谷。

下面介绍本系统的先进性。

1、现有的太阳能利用系统主要是采用光伏发电系统对其他装置提供电能，如太阳能电池。而太阳能系统的最大缺点就是受天气的影响较大，并网时由于不稳定性对电网有较大的冲击。本设计与上述太阳能系统相比其先进性在于，本系统在太阳能光伏发电基础上，用太阳能塔式集热模块将太阳能转化成热能，通过高温相变蓄热模块将热能存储，再利用碱金属热电直接转换器将热能转化为电能，从而降低该系统对太阳光照条件的依赖，延长对太阳能的利用时间。

2、以往的太阳能光热利用方式主要是太阳能热水器或者利用加热的工质推动汽轮机发电。本设计利用碱金属热电直接转换器将热能直接转化为电能。具有可靠性高，无污染等特点，尤其适用于缺水的地区。

3、由于本系统综合利用太阳能进行供热或供电，减少了对化石能源的依赖，从而节约了不可再生能源，且此系统没有污染物排放，属于清洁能源利用系统，具有节能减排的实质。

附图说明

图1为本发明的蓄热式太阳能发电装置的流程图。

图2为相变蓄热模块内部结构示意图。

图3为相变蓄热管一剖面图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，太阳能塔式集热模块I、高温相变蓄热模块II、热电转换模块III、光伏发电模块IV构成太阳能高温蓄热式热发电装置，其中模块I、II、III组成太阳热发电系统，模块IV单独构成光伏发电系统。

太阳能光伏发电系统是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

太阳热发电系统是指日照充足时系统通过聚光集热装置吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块II中，模块II中的蓄热材料受热发生相变存储热量。另一部分则通过热电转换模块III直接将热能转换为电能；当日照不足时，蓄热材料放热，并作为热电转换模块III的供热源。

太阳能高温蓄热式热发电方法的工作过程为：

白天(日照充足时)，光伏发电系统正常工作，太阳热发电系统中太阳能塔式集热模块I吸收太阳能并传给传热工质1-熔盐(熔盐成分按摩尔比：42.5％氯化钠、20.5％氯化钾、37％无水氯化镁，熔盐熔点为400℃)，使之从450℃加热到1000℃，传热工质1携带热能完成两个回路，回路1流经高温相变蓄热模块II，将部分热能存储在此模块后流回太阳能塔式集热模块完成循环；回路2，流经热电转换模块III，碱金属热电直接转换器工作输出电能。

晚上(无日照时)，光伏发电系统停止工作。太阳热发电系统中蓄存热量的高温相变蓄热模块II向热电直接转换模块III供热，产生电能，经电控系统供入电网，工质流经热电直接转换模块III后在泵1的驱动下流回高温相变蓄热模块II完成循环。

结合附图2、3对相变蓄热模块II做进一步说明：

当携带热量的熔盐(传热工质1)流经相变蓄热模块II，经熔盐入口3进入相变蓄热管2，相变蓄热管包括蛇形翅片管4、相变蓄热材料5、隔热层6，进入蛇形翅片管4的熔盐通过管壁和翅片把热量传递给蓄热材料5，蓄热材料5吸热发生相变储存能量。蓄热材料5为80.5％LiF-19.5％CaF₂(摩尔百分比)。

Claims

1.一种本发明的太阳能高温蓄热式热发电方法，其特征为：由太阳能塔式集热模块(I)、高温相变蓄热模块(II)、热电转换模块(III)、光伏发电模块(IV)组成太阳能高温蓄热式热发电装置，其中太阳能塔式集热模块(I)、高温相变蓄热模块(II)、热电转换模块(III)组成太阳热发电系统，光伏发电模块(IV)单独构成光伏发电系统；太阳能光伏发电系统根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能；太阳热发电系统在日照充足时通过太阳能塔式集热模块(I)吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块(II)中，相变蓄热模块(II)中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块(III)直接将热能转换为电能；当日照不足时，蓄热材料放热，并作为热电转换模块(III)的供热源。

2.一种太阳能高温蓄热式热发电装置，其特征为：包括太阳能塔式集热模块(I)、高温相变蓄热模块(II)、热电转换模块(III)、光伏发电模块(IV)；太阳能光伏发电模块(IV)利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能通过电控系统输出；太阳能塔式集热模块(I)通过聚光集热装置吸收太阳能，吸收的太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块(II)中，相变蓄热模块(II)中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块(III)直接将热能转换为电能通过电控系统输出；相变蓄热模块(II)与热电转换模块(III)连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能高温蓄热式热发电装置，其特征为：所述的传热工质为熔盐，熔盐成分的摩尔比组成为：42.5％氯化钠、20.5％氯化钾、37％无水氯化镁，熔盐熔点为400℃。