CN101800462B - 太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，包括由若干透镜组成的聚光系统、含有磁流体介质和碱金属盐种子的集热器、磁流体发电系统和蒸汽轮机发电系统；所述的聚光系统将全波段太阳辐射能聚集于集热器转换为热能，集热器内的磁流体介质在高温下形成等离子流体，输送至磁流体发电系统发电；所述的蒸汽轮机发电系统通过换热器与磁流体发电系统耦合连接。本发明将太阳能直接转换为电能，摒弃了中间转换环节，提高了发电效率，并使二氧化碳、二氧化硫等环境污染物达到零排放；而蒸汽轮机发电系统不仅可为压缩机提供动力，而且可带动发电机发电，使太阳能在系统中得以充分利用。
Description
技术领域
本发明主要涉及太阳能利用领域和发电领域，特别涉及一种以太阳能为驱动源的磁流体耦合蒸汽轮机发电方法及其系统。
背景技术
我国是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染之间的矛盾比较突出。煤炭燃烧过程中产生大量的CO2、SO2、NOX等有害气体，是导致温室效应、形成酸雨的主要原因，已对环境、气候、生态和人类的健康造成严重危害。
开发利用可再生能源是我国能源发展的战略方向。根据《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》确定的发展目标，到2015年我国新能源和可再生能源年开发量将达到4300万吨标准煤，占当时能源消费总量的2％；将减少3000多万吨碳的温室气体及200多万吨二氧化硫等污染物的排放，对减轻大气污染、改善大气环境质量起到明显的作用。根据2009年11月25日国务院召开的常务会议决定，到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％-45％。因此，跳出现有能源的生产模式，进行超前的、高效的、可再生的能源生产战略研究，具有十分重要的意义。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，我国太阳能资源丰富。目前，太阳能发电技术主要有两种形式：太阳能光伏发电与太阳能热发电。这两种太阳能利用方式各有优点，但共同的缺憾是能量转换效率偏低。
磁流体发电技术是一种新型、能量转换效率最高的发电技术。传统的磁流体发电技术是通过化石燃料的燃烧，产生2500K高温，将燃料、惰性气体、碱金属蒸气电离，产生等离子体，把等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的通道中，切割磁力线产生电流。但只要是燃煤型磁流体发电，热通道排渣问题会一直存在。
申请号为200810061386.1的中国专利申请公布了“以太阳能为驱动源的热声发电方法及其系统”，它采用以太阳能为驱动源的热致声效应产生的气体压力震荡，转换为谐振管中电解质液体的周期震荡运动，再通过液柱振幅放大管把小振幅的液位震荡放大到一个大振幅的液位震荡，最后，周期震荡运动的电解质液柱切割垂直于液柱运动方向的磁力线，在电极上产生电势差而发电。申请号为200810182738.9的中国专利申请公布了“低成本太阳能跟踪聚光发电方法”，它包括：通过平行连杆机构加补偿机构低成本控制反射镜阵列跟踪聚光；在蒸发与冷凝的热管循环中增加逆止阀的动力热管传热；容器式热力蒸发升压替代给水泵使热力发电循环可以自由选择工质高效率全封闭运行；简单直线电机式热磁流体发电方法可以使热力升压式发电循环效率更高而成本更低以及太阳能电池背板热管散热聚光发电等。
剖析上述两项专利可知：前者是将太阳光具有的热能先转换为机械能后，再转换为电能；后者只简单提及利用高速流动的导电流体通过定子线圈产生的磁场，使定子线圈输出感应直流电或交流电。
发明内容
本发明提供一种规模化、高效率、零排放的以太阳能为驱动源的磁流体耦合蒸汽轮机发电系统。
一种太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，包括由若干透镜组成的聚光系统、含有磁流体介质和碱金属盐种子的集热器、磁流体发电系统和蒸汽轮机发电系统；
所述的磁流体发电系统包括缩放喷嘴，缩放喷嘴后的发电通道，发电通道两侧的磁铁，电极，逆变换器，以及连接电极和逆变换器的引出导线；
所述的蒸汽轮机发电系统包括汽轮机、凝汽器、凝结水泵、换热器、给水泵和发电机；所述的换热器包括第一换热器和第三换热器；从凝汽器出来的凝结水在凝结水泵的抽吸作用下先进入第三换热器吸热升温，然后在给水泵的抽吸作用下进入第一换热器并吸收热量，从第一换热器出来的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，推动压缩机运转并带动发电机发电，做功后的蒸汽从汽轮机排出后进入凝汽器，与冷却水换热后冷凝成饱和水，在凝结水泵的抽吸作用下进入第三换热器；
所述的聚光系统将全波段太阳辐射能聚集于集热器转换为热能，集热器内的磁流体介质在高温下形成等离子流体，输送至磁流体发电系统发电；
发电后从所述的发电通道中喷出的磁流体介质经汇流器后在引风机的抽吸作用下进入蒸汽轮机发电系统的第一换热器；
所述的蒸汽轮机发电系统通过换热器与磁流体发电系统耦合连接。
所述的聚光系统由多个复合镜组成，包括凹镜和凸镜，其接受到全波段太阳辐射能，将规模化太阳辐射能聚集于集热器中，并将其转换为热能，温度可以达到2500K。
所述的集热器中磁流体介质为惰性气体，添加碱金属盐种子以及其它催化剂，在2500K高温作用下电离，形成不稳定等离子流体，高压等离子流体在缩放喷嘴中加速至超音速，分为两股后分别喷射到加有强磁场的发电通道中，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生感应电动势，电极将发电通道产生的直流电通过引出导线送到逆变换器变为交流电后向外输出。
所述的惰性气体优选为Ne。
所述的碱金属盐种子优选为K2CO3或KCl。
作为一种优选，所述的蒸汽轮机发电系统还包括第二换热器，从发电通道中喷出的磁流体介质经汇流器后在引风机的抽吸作用下进入第一换热器，与经给水泵输送的工质水热交换后进入第二换热器，与由压缩机出来的磁流体介质热交换后进入第三换热器，加热由凝结水泵输送的饱和水后进入压缩机进行绝热压缩，经绝热压缩后的磁流体介质流过第二换热器后返回集热器。磁流体介质循环使用。
本发明与现有技术相比具有显著进步和积极效果：
(1)高效率、零排放。利用聚光型太阳能集热器将接受到的全波段太阳辐射能直接转换为电能输出，摒弃了中间转换环节，减少了能量损失，提高了发电效率；与传统磁流体发电技术相比，以太阳光聚集产生高温的方式取代通过化石燃料燃烧产生高温的方式，使二氧化碳、二氧化硫等危害环境的物质达到零排放；
(2)太阳能的梯级利用。借助第一换热器和第三换热器，蒸汽轮机发电系统和太阳能驱动的磁流体发电系统耦合连接，不仅为压缩机提供动力，而且可带动发电机发电，使整个系统中的能量得到充分利用。
附图说明
图1为太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统流程图；
图2为图1中A-A剖面图；
图中：1a、1b为凹镜，1c为凸镜，2为集热器，3a、3b为逆变换器，4为缩放喷嘴，5a、5b、5c、5d为磁铁，6为发电通道，7为汇流器，8为引风机，9为第一换热器，10为第二换热器，11为第三换热器，12为压缩机，13为汽轮机，14为凝汽器，15为凝结水泵，16为给水泵，17为发电机，18a、18b、18c、18d为电极，19a、19b、19c、19d为引出导线。
具体实施方式
如图1所示的太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，包括聚光系统、磁流体发电系统和蒸汽轮机发电系统，
聚光系统由多复合镜组成，包括凹镜1a、凹镜1b和凸镜1c。
磁流体发电系统包括逆变换器3a、逆变换器3b、缩放喷嘴4、磁铁5a、磁铁5b、磁铁5c、磁铁5d、发电通道6、电极18a、电极18b、电极18c、电极18d、引出导线19a、引出导线19b、引出导线19c、引出导线19d，逆变换器3a通过引出导线19a和引出导线19b和电极18a、电极18b连接，而逆变换器3b通过引出导线19c、引出导线19d和电极18c、电极18d连接。
蒸汽轮机发电系统包括汽轮机13、凝汽器14、凝结水泵15、第三换热器11、给水泵16、第一换热器9、发电机17，从凝汽器14出来的凝结水在凝结水泵15的抽吸作用下先进入第三换热器11吸热升温，然后在给水泵16的抽吸作用下进入第一换热器9并吸收热量，从第一换热器9出来的过热蒸汽进入汽轮机13膨胀做功，推动压缩机12运转并带动发电机17发电，做功后的蒸汽从汽轮机13排出后进入凝汽器14，与冷却水换热后冷凝成饱和水，在凝结水泵15的抽吸作用下进入第三换热器11。
集热器2中惰性气体磁流体介质为Ne，添加的碱金属盐种子为K2CO3或KCl。
其具体工艺流程如下：
聚焦光学系统接受到全波段太阳辐射能，将规模化太阳辐射能聚集于集热器2中，并将其转换为热能，温度可以达到2500K；集热器2中磁流体介质为惰性气体Ne，添加碱金属盐种子K2CO3或KCl以及其它催化剂，在2500K高温作用下电离，形成不稳定等离子流体；高压等离子流体在缩放喷嘴4中加速至超音速，分为两股后分别喷射到加有强磁场的发电通道6中；等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁铁5a与5b及5c与5d所形成的磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生感应电动势，电极18a与18b及18c与18d分别将发电通道6产生的直流电通过引出导线19a与19b及19c与19d输送到逆变换器3a及3b，并变为交流电后向外输出。
从发电通道6中喷出的磁流体介质经汇流器7后在引风机8的抽吸作用下进入第一换热器9，与经给水泵16输送的工质水热交换后进入第二换热器10，与由压缩机12出来的磁流体介质热交换后进入第三换热器11，加热由凝结水泵15输送的饱和水后进入压缩机12进行绝热压缩，经绝热压缩后的磁流体介质流过第二换热器10后返回集热器2，在集热器2中吸收太阳能热量并发生电离；从凝汽器14出来的凝结水在凝结水泵15的抽吸作用下先进入第三换热器11吸热升温，然后在给水泵16的抽吸作用下进入第一换热器9并吸收热量，从第一换热器9出来的过热蒸汽进入汽轮机13膨胀做功，推动压缩机12运转并带动发电机17发电，做功后的蒸汽从汽轮机13排出后进入凝汽器14，与冷却水换热后冷凝成饱和水，在凝结水泵15的抽吸作用下进入第三换热器11。
Claims (4)
1.一种太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，其特征在于：包括由若干透镜组成的聚光系统、含有磁流体介质和碱金属盐种子的集热器、磁流体发电系统和蒸汽轮机发电系统；
所述的磁流体发电系统包括缩放喷嘴、缩放喷嘴后的发电通道、发电通道两侧的磁铁、电极、逆变换器、以及连接电极和逆变换器的引出导线；
所述的蒸汽轮机发电系统包括汽轮机、凝汽器、凝结水泵、换热器、给水泵和发电机；所述的换热器包括第一换热器、第二换热器和第三换热器；从凝汽器出来的凝结水在凝结水泵的抽吸作用下先进入第三换热器吸热升温，然后在给水泵的抽吸作用下进入第一换热器并吸收热量，从第一换热器出来的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，推动压缩机运转并带动发电机发电，做功后的蒸汽从汽轮机排出后进入凝汽器，与冷却水换热后冷凝成饱和水，在凝结水泵的抽吸作用下进入第三换热器；从发电通道中喷出的磁流体介质经汇流器后在引风机的抽吸作用下进入第一换热器，与经给水泵输送的工质水热交换后进入第二换热器，与由压缩机出来的磁流体介质热交换后进入第三换热器，加热由凝结水泵输送的饱和水后进入压缩机进行绝热压缩，经绝热压缩后的磁流体介质流过第三换热器后返回集热器；
所述的聚光系统将全波段太阳辐射能聚集于集热器转换为热能，集热器内的磁流体介质在高温下形成等离子流体，输送至磁流体发电系统发电；
发电后从所述的发电通道中喷出的磁流体介质经汇流器后在引风机的抽吸作用下进入蒸汽轮机发电系统的第一换热器；
所述的蒸汽轮机发电系统通过换热器与磁流体发电系统耦合连接。
2.如权利要求1所述的太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，其特征在于：所述的集热器中磁流体介质为惰性气体。
3.如权利要求2所述的太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，其特征在于：所述的惰性气体为Ne。
4.如权利要求1所述的太阳能驱动磁流体耦合蒸汽轮机发电系统，其特征在于：所述的碱金属盐种子为K2CO3或KCl。
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Also Published As
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|---|---|
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