CN102200102A - 一种具有调峰功能的全天候太阳能热发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能热发电系统，主要组成为：槽式太阳能聚光集热装置，在该聚光集热装置的光焦点位置排列有内部填装有熔盐的聚热管，该熔盐用于储存太阳的热能；第一储热设备，与聚热管相连接，储存被太阳光加热的熔盐；该第一储热设备连接蒸汽发生器，与蒸汽发生器中的水换能，将水变为饱和蒸汽进入汽轮机膨胀做功；该蒸汽发生器连接第二储热设备；第二储热设备与聚热管相连接；在蒸汽发生器中换能后的熔盐经第二储热设备进入聚热管，形成循环。本发明具有效率高、带有储热功能、储热性能好、连续性好、成本低等特点。

Description

一种具有调峰功能的全天候太阳能热发电系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电系统，具体地涉及一种槽式太阳能热发电系统。
背景技术
作为文明社会前进的主要动力之一，能源利用技术在人类社会发展中占有举足轻重的地位，在过去的一个世纪中，煤炭、石油、天然气等石化能源的开发与利用揭开了大工业时代的序幕，百年之后，人类总的年能源供应量增长了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与日益严重的生态环境污染，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短缺与环境污染的双重压力，人们逐渐将目光转向可再生能源的利用上。近年来，太阳能以其能量的无限性，存在的普遍性，开发利用的清洁性，使许多发达国家都把太阳能等可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位。哥本哈根会议，我国政府庄严承诺要大幅节能减排达40％以上(2005年相比)，核能、风能、太阳能等清洁能源将成为国家能源战略的主要内容。
太阳能热发电是指将太阳能聚集并将其转化为工作流体的高温热能，然后通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术，这个概念早在19世纪就已经提出；20世纪80年代以来美国、德国、日本、以色列等发达国家相继建成各种不同类型的试验示范装置和商业化运行装置，促进了太阳能热发电技术的发展，而我国在该项技术领域几乎还是一片空白。
该项技术与世界上目前主要的清洁能源核能、风能、光伏太阳能相比有表1所列的特点。通过表1可以看出太阳能热发电在清洁能源中具有明显的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种槽式太阳能热发电系统，以充分地利用太阳能的热能。
为实现上述目的，本发明提供的太阳能热发电系统，主要组成为：
槽式太阳能聚光集热装置，在该聚光集热装置的光焦点位置排列有内部填装有熔盐的聚热管，该熔盐用于储存太阳的热能；
第一储热设备，与聚热管相连接，储存被太阳光加热的熔盐；
该第一储热设备连接蒸汽发生器，与蒸汽发生器中的水换能，将水变为饱和蒸汽进入汽轮发电机组膨胀做功；
该蒸汽发生器连接第二储热设备；
第二储热设备与聚热管相连接；
在蒸汽发生器中换能后的熔盐经第二储热设备进入聚热管，形成循环。
所述的太阳能热发电系统，其中第一储热设备与蒸汽发生器之间设置有泵，将第一储热设备中的熔盐泵入蒸汽发生器；蒸汽发生器与第二储热设备之间设置有泵，将蒸汽发生器内的熔盐被冷却后的熔盐泵入第二储热设备。
所述的太阳能热发电系统，其中熔盐为硝酸钠及硝酸钾的一种或混合物。
所述的太阳能热发电系统，其中第一储热设备中熔盐的温度为450℃-550℃，第二储热设备中熔盐的温度为200℃-300℃。
所述的太阳能热发电系统，其中槽式太阳能聚光集热装置连接一跟踪调整装置。
本发明具有以下特点：
1)效率高；
2)带有储热功能；
3)储热性能好；
4)连续性好；
5、成本低。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
图2为本发明槽式太阳能聚光集热装置的外观示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细地描述。附图中只是给出了主要部件，其余公知技术或公知设备没有在附图中绘出。
请参阅图1，本发明的太阳能热发电系统基本由两个回路组成。其中槽式太阳能聚光集热装置1、第一储热设备2、第二储热设备3和蒸汽发生器4组成第一回路；以汽轮发电机组为第二回路5。
通过槽式太阳能聚光集热装置1的反射镜11将太阳光反射成在一条线上，在该线条形的光焦点上安装有太阳能聚热管12，该太阳能聚热管12中填充有熔盐，太阳光通过槽式太阳能聚光集热装置将聚热管中的熔盐加热(可加热到450℃-550℃)，熔盐通过一泵进入到第一储热设备2中，在第一储热设备2中进行储热，第一储热设备2利用泵将一部分熔盐引入蒸汽发生器4，利用蒸汽发生器4将热量传给第二回路中的水，使水成为饱和蒸汽，同时该熔盐也被冷却。冷却后的熔盐由泵打回第二储热设备3(本实施例中的第一储热设备2和第二储热设备3均为罐状的储热容器)，再由第二储热设备3进入槽式太阳能聚光集热装置1中的太阳能聚热管12中，如此循环往复，形成一个封闭的吸热和放热的循环过程。
第一回路中由蒸汽发生器4产生的饱和蒸汽进入第二回路中的汽轮发电机组5中膨胀做功，将蒸汽焓释放出的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子与发动机转子两轴刚性相连，因此汽轮机直接带动发电机发电，将机械能转换为电能。
至于第二回路5中还包括汽水分离再热器、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、主给水泵和高压加热器等组成汽轮机回路和循环冷却水系统组成。由于这一部分属于公知技术，并且也不是本发明讨论的重点，因此本发明对此部分不作详细描述，也只给出一概括性的示意图。
下面以100kw实验电站为例，对本发明作更详细的描述。
本实施例由100米长的光热回路组成，其中的熔盐采用硝酸钠和硝酸钾(60％，40％)，利用槽式太阳能聚光集热装置将熔盐温度从290℃加热至550℃并在系统中进行循环，系统设计热传导流速3.0-7.5kg/s，设计压力8.5bar，熔盐用量25m3(47500kg)，最大热量能量2500kW；真空聚热管可以加热熔盐至550℃，储热时间可以72小时，并且在储热罐中24小时的热损失仅1％，一部分热量通过熔盐储存在罐里用于夜间发电；另一部分熔盐通过蒸汽发生器将热量传递给水，将水的温度加热为530℃，60bar水蒸汽，水蒸气进入第二回路推动100kw汽轮发电机发电，该发电机组在具有太阳光时发电负荷85％，不见太阳光时为30％的情况下，可实现连续发电72小时，机组效率可以达到30-41％，连续无日照时间运行远远超过目前世界上的太阳能光热电站。而且该电站具有调峰功能，在并网运行时，如果电网中电量过剩，该系统可以讲多余的电量转化为储热罐中的热量，通过熔盐储存起来，在电力负荷高时通过技术方案系统将热能转换为电能，实现电站的调峰功能。
本发明的槽式太阳能聚光集热装置由公知的跟踪调整装置进行调整其接收太阳光的光照角度，以最大限度地接收太阳光。
本发明与目前公知的槽式光热发电技术相比具有以下特点：
1)效率高：本发明太阳能槽式光热发电技术的回路温度工作温度为450℃-550℃之间，明显高于其它技术回路工作温度250℃-400℃。
2)带有储热功能：本发明是采用融盐储热，储热时间可以大于17小时，并且在储热罐中的效率高：
3)储热性能好：本发明采用的融盐储热在储热罐中24小时的热损失仅1％，而其它公知技术是采用水或油，也有采用油盐混合模式，水的储热时间小于30分钟，油的储热时间小于2个小时，油盐混合模式的工作温度低。
4)具有调峰电站功能：本发明的由储热器可以在夜间电量盈余地区或白天所发电量富裕的情况下，电直接加热熔盐，将电能以热能的形式贮存起来；需要高负荷用电时再通过本发明将热能转换为电能，达到调峰电站的功能。
5)连续性好：公知技术中的水和油是断断续续工作的，其年利用小时数低于2500小时/年；而当盐的储热时间为17小时以上后，其系统是24小时连续工作，在阴雨天数小于100天时，年利用小时数可达6000小时/年。
6)成本低：由于上述特性，其综合成本也就低，成本与核电站建设成本相当，而且运营成本低于核电站运营成本，具有大规模推广价值。
表1
  环境污染   碳排放   造价   连续发电能力   运营费用   维护运行成本
  太阳能热发电   无   0   中等   好   低   低
  核能   核废料   0   中等   好   低   低
风能 无 0 高   差 高 高
光伏电池 无 0 高   差   较高   较高

Claims (7)

1.一种太阳能热发电系统，主要组成为：
槽式太阳能聚光集热装置，在该聚光集热装置的光焦点位置排列有内部填装有熔盐的聚热管，该熔盐用于储存太阳的热能；
第一储热设备，与聚热管相连接，储存被太阳光加热的熔盐；
该第一储热设备连接蒸汽发生器，与蒸汽发生器中的水换能，将水变为饱和蒸汽进入汽轮机膨胀做功；
该蒸汽发生器连接第二储热设备；
第二储热设备与聚热管相连接；
在蒸汽发生器中换能后的熔盐经第二储热设备进入聚热管，形成循环。
2.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，第一储热设备与蒸汽发生器之间设置有泵，将第一储热设备中的熔盐泵入蒸汽发生器。
3.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，蒸汽发生器与第二储热设备之间设置有泵，将蒸汽发生器内的熔盐被冷却后的熔盐泵入第二储热设备。
4.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，熔盐为硝酸钠及硝酸钾的一种或混合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，第一储热设备中熔盐的温度为450℃-550℃。
6.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，第二储热设备中熔盐的温度为200℃-300℃。
7.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其中，槽式太阳能聚光集热装置连接一跟踪调整装置。
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