CN102011715A - 集群式太阳能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集群式太阳能发电装置，该集群式太阳能发电装置由发电机组和多个太阳能塔组成，每个太阳能塔单独收集太阳能并存储能量，产生蒸汽，多个太阳能塔产生的蒸汽通过蒸汽传输管道汇集至太阳能塔外的蒸汽传输汇集管道，并传输给发电机组，整个系统由智能的控制系统控制，该蒸汽传输汇集管道有多条，并放射状设置，多个太阳能塔环绕在一个发电机组的周围，蒸汽传输汇集管道经过多个太阳能塔附近设置，本发明太阳能发电系统制造成本低，寿命长，太阳能利用效率高，能有效改变周边环境，利于环保，为太阳能光热发电的应用提供了广阔空间。

Description

集群式太阳能发电装置

技术领域

本发明涉及一种集群式太阳能发电装置，尤其涉及一种具有智能控制系统的集群式太阳能发电装置。

背景技术

近年来，伴随着石化燃料的使用，所产生的二氧化碳的排放引起全球变暖，或由核电站事故引发的放射性废弃物所产生的放射能污染等问题变得越来越严重。人们对地球环境和能源的关心日益高涨。在这样的情况下，作为取之不尽且清洁环保的能源——太阳能正在全世界已得到广泛应用。

已有技术的太阳能发电的方式有多种，各有其特点，主要有两大类：光伏发电和光热发电，光伏发电是将太阳能直接转化为电能，光热发电是用太阳能加热工作介质，工作介质在发电机组中做功发电。光伏发电主要以太阳能电池及配套系统组成，其结构简单，容易运输和安装，但其占地面积大，能量分散，功率小，效力低而且成本非常高。

光热发电主要有太阳能塔式系统、太阳能槽式聚焦系统和斯特林盘式系统发电，斯特灵盘式系统无法储存能量，尤其在无太阳光或太阳光不充足的情况下，在应用上受到很大的限制，而槽式系统的温度不能达到很高的程度，塔式发电装置的温度虽然比槽式发电装置的温度高，但在一定程度上也受到很大的限制，并使用熔盐或油作为工质，塔式系统具体结构详见本发明人的授权发明CN201209519Y、CN201210197Y、CN201263130Y等。塔式系统和槽式系统都燃用化石燃料作为太阳能的补充，在效率、成本和对环境的影响上受到很多的限制。

如图1所示，已有技术的塔式发电装置由太阳能收集装置11、能量存储装置12、蒸汽发生装置13、蒸汽传输装置14、发电装置15和控制系统16五部分组成，太阳能收集部分包括太阳能反射器、太阳能集热器和能量传输管道，太阳能收集部分收集并传输能量，热能存储部分将收集的能量存储起来，以便供给蒸汽发生和传输部分，蒸汽发生和传输部分产生热蒸汽，热蒸汽驱动发电部分发电，而控制系统对上述的每个过程进行控制。实现不间断发电，关于对存储在热能存储器24的结构和控制为已知技术，其内容参见专利号为ZL200820074910.4的专利。

由于大多数太阳能发电装置有其不可避免的缺点，故开发一种新型的太阳能发电装置成为必要，本发明使用集合为簇的集群来满足需求，能够按需供电并且效率较高，整个过程无需补充燃用化石燃料的系统。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有装置存在的上述缺点，而提供一种改进的集群式太阳能发电装置，实现集群式大规模太阳能发电，并且存储功能和控制功能可实现太阳能发电的不间断性、智能性和环保性。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本集群式太阳能发电装置由一个发电机组42和若干太阳能33塔组成，在每个太阳能塔33上有太阳能反射器21、太阳能集热器22、能量传输管道23、热能存储器24和蒸汽发生器25，每个太阳能塔将太阳能经过上述一系列装置的转换和传输产生蒸汽，蒸汽经过热蒸汽传输管道26汇集到太阳能塔33外的蒸汽传输汇集管道41，而传输至发电机组中，整个系统由智能的控制系统控制。该蒸汽传输汇集管道41有多条，并放射状设置。多个太阳能塔环绕在一个发电机组的周围。多个太阳能塔的蒸汽传输管道26将产生的蒸汽汇集到蒸汽传输汇集管道41，蒸汽传输汇集管道41通过蒸汽管道接头43将蒸汽传输至发电机组42中的汽轮机47，发电机组中的汽轮机47驱动发电机48做功发电。每个太阳能塔设有太阳能收集装置11、能量存储装置12、蒸汽发生装置13和蒸汽传输装置14。太阳能塔33的能量存储装置12具有能量存储功能，其中装有具有惰性的具有热能存储功能的介质。发电装置15主要由发电机组42组成，主要包括汽轮机47和发电机48部分，而发电机组42位于很多太阳能塔33的中心位置，这样可把蒸汽管线的热损失降低到最小，控制系统对太阳能反射器21、太阳能集热器22、能量传输管道23、热能存储器24和蒸汽发生器23及发电机组42进行有效地控制。所述蒸汽传输汇集管道41经过多个太阳能塔33附近设置。

其中太阳能收集装置11包括太阳能反射器21、太阳能集热器22和能量传输管道23，对于太阳能收集装置可以为碟式太阳能聚光镜、点聚焦聚光镜或其他具有太阳能收集功能的收集装置等，太阳能集热器22为一种光热转换装置，即将太阳光转换成热能的装置。能量存储装置12主要为热能存储器，其主要功能为将收集的能量通过具有热能存储功能的惰性介质存储起来，为蒸汽发生器提供充足的热量。控制装置16为DCS控制模式，分别对太阳能反射器21、太阳能集热器22、热能存储器24、蒸汽发生器25和发电机组42进行有效控制，具体讲控制装置16采用DCS控制器56加GPS时钟的控制模式，由DCS控制器控制多个单元站点，每个单元站点控制多个站点，包括方位角控制站，高度角控制站，太阳能反射器控制站和太阳能集热器控制站。

本发明涉及一种具有智能控制系统的具有储热功能的集群式太阳能发电装置，其可用于大规模太阳能发电，尤其在沙漠、高原、荒漠和平原地区可实现大规模发电，而且有助于改善周边环境，防止沙漠扩大化，有助于绿色植被的生长，并且本装置成本低，成本低、寿命长，温度高，热损失少，以空气为传热介质，其独特的能量存储功能使发电受天气的影响降低到最小，基本实现24小时发电。本集群式太阳能发电装置对大规模发电，太阳能的广泛应用提供了空间。

附图说明：

图1为已有技术的太阳能发电系统的原理图

图2为本发明集群式太阳能发电装置的方块示意图

图3为本发明集群式太阳能发电装置中单个太阳能塔结构示意图

图4为本发明集群式太阳能发电装置的蒸汽管道连接示意图

图5为本发明集群式太阳能发电装置发电示意图

图6为本发明集群式太阳能发电装置的控制总图

图7为本发明集群式太阳能发电装置的输电线连接示意图

图中主要标号说明：

11为太阳能收集装置，12能量存储装置，13为蒸汽发生装置，14为蒸汽传输装置，15为发电装置，16为控制装置，21为太阳能反射器，22太阳能集热器，23为能量传输管道，24为热能存储器，25为蒸汽发生器，26为蒸汽传输管道，27为热量传输管道，31为桁架，32为方位角控制装置，33为太阳能塔，34为高度角控制装置，41为蒸汽传输汇集管道，42为发电机组，43为蒸汽管道接头，44为输出电网，45为增压站，46为负载，47为汽轮机，48为发电机，51为操作员站，52为工程师站，53为输出设备，54为GPS时钟，55为服务器和交换机，56为DCS控制器，57为控制一个太阳能塔的单元站点，58为方位角控制站，59高度角控制站，60为太阳能反射器的控制站，61为太阳能集热器的控制站，62为输电线，63为输电线杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明集群式太阳能发电装置作进一步的说明。

如图2所示，本发明集群式太阳能发电装置中太阳能发电装置由一个发电机组42和多个太阳能塔33组成，每个太阳能塔33单独收集太阳能并存储能量，产生蒸汽，多个太阳能塔33产生的蒸汽通过蒸汽传输管道26汇集至太阳能塔33外的蒸汽传输汇集管道41，并传输给发电机组42，整个系统由智能的控制系统控制。每个太阳能塔33都包括太阳能收集装置11、能量存储装置12、蒸汽发生装置13，太阳能收集装置11包括太阳能反射器21、太阳能集热器22及能量传输管道23，太阳能集热器22将太阳能导向太阳能反射器21，太阳能反射器21收集太阳能，气泵产生气流将热量带入能量传输管道23，用空气做为传热介质既安全又廉价，能量存储装置12包括热能存储器24和一些附属管道，热气流通过部分附属管道进入热能存储器24，蒸汽发生装置13包括蒸汽发生器25、蒸汽传输管道26和热量传输管道27，另一部分附属管道进入热量传输管道27，热气流再通过这些管道进入蒸汽发生器25，热气流加热蒸汽发生器25中的水，水受热后产生水蒸汽，热的水蒸汽通过蒸汽传输管道26，传向太阳能塔33外。太阳能塔33为中空柱状结构，该热能存储器24和蒸汽发生器25分别安装在太阳能塔33的内部，热能存储器24在上，蒸汽发生器25在下，也可以根据需要，将热能存储器24和蒸汽发生器25水平放置，太阳能反射器21和太阳能集热器22及能量传输管道23放置在太阳能塔33的顶部的圆盘型的桁架31上，方位角控制装置32为可以整体调节桁架31和所有太阳能反射器21和太阳能集热器22以及部分传输管道的方位角范围，可在水平方向适度旋转。高度角控制系统34可以调节所有太阳能反射器21和太阳能集热器22的高度角范围，方位角控制装置32和高度角控制装置34由整个控制系统控制，两者的有效结合可以实现最佳的太阳能收集角度，太阳能反射器21的轴心正对准太阳，实现太阳能收集的能量最大化，其中，方位角控制装置32和高度角控制装置34为已知技术。

太阳能反射器21在最大限度范围内将收集到的太阳光反射至太阳能集热器22，太阳能反射器21和太阳能集热器22有多套，每套中，太阳能反射器21和太阳能集热器22一一对应，构成太阳能收集装置11，各个太阳能反射器21底部分别连接在桁架31内部能量传输管道23上，并且可以和太阳能集热器22及传输管道在垂直范围内旋转，并在桁架31上均匀分布，桁架31构成一旋转平台，收集的能量经过太阳能集热器22将能量通过能量传输管道23传输给蒸汽发生器25，驱动蒸汽发生器25产生蒸汽。同时，蒸汽发生器25停止工作或者不需要大量的能量时，太阳能集热器22收集的能量将通过能量传输管道23存储在热能存储器24中，当蒸汽发生器25需要大量的热量时，热能存储器24将存储的热能释放，并传输给蒸汽发生器25，另一种方式为太阳能集热器22收集的能量部分供给蒸汽发生器25发生蒸汽，另一部分能量将通过能量传输管道23存储在热能存储器24中，当蒸汽发生器25需要能量时，热能存储器24将存储的热能释放，并传输给蒸汽发生器25发生蒸汽，这样就可以实现24小时不间断地向蒸汽发生器25提供热量，驱动蒸汽发生器25产生蒸汽，可用于驱动汽轮机47，汽轮机47驱动发电机48做功发电。这样，多个太阳能反射器21和太阳能集热器收集的热量借助气流通过能量传输管道23传递到热能存储器24进行存储，然后再通过热量传输管道27传递到蒸汽发生器25，在蒸汽发生器25中水被转化成为水蒸汽，水蒸汽最后经过蒸汽传输管道26流出太阳能塔33而汇集到蒸汽传输汇集管道41。蒸汽传输汇集管道41通过蒸汽管道接头43连接发电机组42，蒸汽管道接头43控制蒸汽传输汇集管道41向发电机组42的开闭及流量。而发电机组42为发电装置15的主要部分，其主要由汽轮机47和发电机48构成，热蒸汽吹动汽轮机47旋转，带动与汽轮机47相连的发电机48发电。因此，本发明集群式太阳能发电装置的工作流程分为四个阶段——采集热量阶段、储存热量阶段、产生蒸汽阶段和蒸汽发电阶段，前三个阶段在太阳能塔33内完成，蒸汽发电在发电机组42中完成，且在前三个阶段也分别在太阳能塔33的顶部、上部和下部分别完成，功能明确，结构合理。

如图3、4和图6、7所示，本发明中蒸汽传输汇集管道41有多条，并放射状设置，多个太阳能塔33环绕在一个发电机组42的周围，多个太阳能塔33的蒸汽传输装置将产生的蒸汽汇集到蒸汽传输管道26，并传输至发电机组42。发电机组42连通多条蒸汽传输汇集管道41，每条蒸汽传输汇集管道41连通多个蒸汽传输管道26，每条蒸汽传输管道26连着一个太阳能塔33。因而，多个太阳能塔33的高温蒸汽通过蒸汽传输管道26汇集到一条蒸汽传输汇集管道41，多条蒸汽传输汇集管道41的高温蒸汽经过蒸汽管道接头43汇集到一个总的发电机组42，这样，零散的蒸汽在蒸汽传输汇集管道41中汇集，并从四面八方涌向中央的总的发电机组42，用来进行发电。高温气流的传递的阻力是相对较小的，其热量损耗也是相对较小的，对其控制的技术也是比较成熟的，汽轮机47和发电机48非常便于选择且质量也很可靠。

每个太阳能塔33设有太阳能收集装置11、能量存储装置12、蒸汽发生装置13和蒸汽传输装置14。太阳能塔33的能量存储装置具有能量存储功能，其中装有具有惰性的具有热能存储功能的介质，避免了不必要的热量的损耗。

所述蒸汽传输汇集管道41经过多个太阳能塔33附近设置，这样，蒸汽传输汇集管道41的另一侧便于维修时人、车辆和设备通过。

蒸汽发生器25产生大量的热蒸汽，通过蒸汽传输管道26传输给蒸汽传输汇集管道41，蒸汽传输管道26和蒸汽传输汇集管道41之间采用不锈钢管道焊接或旋接而成，防止蒸汽的热量损失，在蒸汽传输管道26和热蒸汽传输汇集管道41外表面有保温层，多个蒸汽传输汇集管道41与蒸汽管道接头43连接，经蒸汽管道接头43汇集的蒸汽传输给发电机组42中的汽轮机47，蒸汽传输汇集管道41与汽轮机47为普通的管道连接方式，保证热量不损失，密封，以上管道的链接为已知技术。汽轮机47推动发电机48做功发电，并通过输电线62传输，输电线62架设在输电线杆63之上，输电线杆63架设在太阳能塔33的附近一侧，便于太阳能塔33之间有一定的空间，方便车辆可以进入，也方便维修或进行其他的活动等。输电线62连接到增压站45上，电源通过增压站45并入输出电网44，也可以根据需要供当地的负载46使用。

如图5所示本发明集群式太阳能发电装置的控制系统包括51为操作员站，52为工程师站，53为输出设备，54为GPS时钟，55为服务器和交换机，56为DCS控制器，57为一个太阳能塔的控制总站，58为方位角控制站，59为高度角控制站，60为太阳能反射器控制站，62为太阳能集热器控制站，其中每个单元站点57控制多个站点，包括方位角控制站58、高度角控制站59、太阳能反射器的控制站60和太阳能集热器的控制站61。GPS时钟54从地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息在网络中传输，以保证网络中控制器等设备与标准时钟信号同步，系统并按此时间计算太阳实时运行轨迹。DCS控制器56控制汽轮机、给水等常规电厂系统，并传输信号到不同的太阳能塔的单元站点57，方位角控制站58，高度角控制站59，太阳能反射器的控制站60和太阳能集热器的控制站61这些控制站点根据信号有效准确的收集、存储、输送热量，同时通过单元站点57向DCS控制器56传输信号。同时操作员站和工程师站可根据实际需要对整个系统进行有效调节。系统中控制网络结构为多层网络结构，且配置了冗余环网。其中，控制系统中的部分控制模块为现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种集群式太阳能发电装置，其特征在于：所述集群式太阳能发电装置由发电机组(42)和多个太阳能塔(33)组成，每个太阳能塔(33)单独收集太阳能并存储能量，产生蒸汽，多个太阳能塔(33)产生的蒸汽通过蒸汽传输管道(26)汇集至太阳能塔(33)外的蒸汽传输汇集管道(41)，并传输给发电机组(42)，整个系统由智能的控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：所述蒸汽传输汇集管道(41)有多条，并放射状设置。

3.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：多个太阳能塔(33)环绕在一个发电机组(42)的周围。

4.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：多个太阳能塔(33)的蒸汽传输装置将产生的蒸汽汇集到蒸汽传输汇集管道(41)，并传输至发电机组(42)。

5.根据权利要求3所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：每个太阳能塔(33)设有太阳能收集装置(11)、能量存储装置(12)、蒸汽发生装置(13)。

6.根据权利要求5所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：太阳能塔(33)的能量存储装置(12)具有能量存储功能，其中装有具有惰性的具有热能存储功能的介质。

7.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：所述蒸汽传输汇集管道(41)经过多个太阳能塔(33)附近设置。

8.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：控制部分采用DCS控制器(56)加GPS时钟(54)的控制模式，由DCS控制器(56)控制多个单元站点(57)，每个单元站点(57)控制多个站点，包括方位角控制站(58)、高度角控制站(59)、太阳能反射器的控制站(60)和太阳能集热器的控制站(61)。

9.根据权利要求1所述的集群式太阳能发电装置，其特征在于：输电线杆(63)经过多个太阳能塔(33)附近设置。

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