CN102251911B

CN102251911B - 一种太阳能抽真空水力发电系统及其操作方法

Info

Publication number: CN102251911B
Application number: CN2011101365004A
Authority: CN
Inventors: 谢永慧; 李亚鸽; 张荻
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102251911A

Abstract

本发明提供一种太阳能抽真空水力发电系统及其操作方法，所述系统包括太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵、第一储水箱、液力透平、发电机和蓄水池；第一储水箱的上端通过带第一阀门的第一水管与蒸汽喷射器连接，下端通过带第四阀门的第一管道连接液力透平的进水端；液力透平的出水端连接所述发电机；所述太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵依次通过管道连接构成回路；所述第一储水箱的上端还设有一个带有第二阀门的第一通气管，下端还设有一个带第三阀门的第二管道；所述第二管道伸入所述蓄水池中。本发明相对于其他太阳能热力发电装置，设备相对简单，制造技术成熟，成本较低。

Description

一种太阳能抽真空水力发电系统及其操作方法

【技术领域】

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种利用太阳能的发电系统。

【背景技术】

为解决和应对能源短缺和环境恶化等问题，近些年来，各国政府不断加大对可再生能源研究的资金投入和示范推广及产业化力度，可再生能源在中国能源消费结构中所占的比例逐年提升。这其中，太阳能资源由于其分布范围广、资源总量大、洁净无污染等特点，有着其他可再生能源无法比拟的开发条件与价值。我国大部分地区位于北纬45°以南，全国2/3的国土面积年日照时数在2200h以上，每平方米太阳能年辐射总量为3340-8400MJ，相当于115-286kg标准煤燃烧所发出的热量，太阳能资源非常丰富。以上数据表明，太阳能的开发和利用在我国有着广阔的开发应用前景。

目前对太阳能的利用主要集中在转化为电能、热能、化学能等三个方面。太阳能发电方面，太阳能光伏发电已有商业化电站运行，但是其存在光电转换效率较低，占地面积大，对于光照条件要求高，太阳能光伏电池制造成本高等缺点。太阳能热发电目前主要有槽式、塔式、碟式三类，系统相对比较复杂，制造成本较高。开发新的太阳能发电技术势在必行。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种太阳能抽真空水力发电系统及其操作方法，其可以利用水轮机等制造成本较低、效率较高的设备来产生电力，此外还可以作为抽水蓄能电站调峰使用。

为了实现上述目的，本发明一种太阳能抽真空水力发电系统采用如下技术方案：

一种太阳能抽真空水力发电系统，包括太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵、第一储水箱、液力透平、发电机和蓄水池；第一储水箱的上端通过带第一阀门的第一水管与蒸汽喷射器连接，下端通过带第四阀门的第一管道连接液力透平的进水端；液力透平轴连接所述发电机；所述太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵依次通过管道连接构成回路；所述第一储水箱的上端还设有一个带有第二阀门的第一通气管，下端还设有一个带第三阀门的第二管道；所述第二管道伸入所述蓄水池中；所述太阳能集热器由多个槽型抛物面聚光器串联或并联组成；所述蒸汽喷射器包括喷嘴、抽吸室和扩压室；所述太阳能集热器连接蒸汽喷射器的喷嘴，所述喷嘴设置于所述抽吸室内；所述第一储水箱的上端通过带第一阀门的第一水管与蒸汽喷射器的抽吸室连接；所述扩压室连接所述抽吸室。

本发明进一步的改进在于：所述太阳能抽真空水力发电系统包括第二储水箱；第二储水箱的上端通过带第六阀门的第二水管与蒸汽喷射器的抽吸室连接，下端通过带第七阀门的第三管道连接液力透平的进水端；所述第二储水箱的上端还设有一个带有第五阀门的第二通气管，下端还设有一个带第八阀门的第四管道；所述第四管道伸入所述蓄水池中。

为了实现上述目的，本发明一种太阳能抽真空水力发电系统的操作方法采用如下技术方案：

一种太阳能抽真空水力发电系统的操作方法，所述太阳能抽真空水力发电系统包括太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵、第一储水箱、第二储水箱、液力透平、发电机和蓄水池；所述太阳能集热器、蒸汽喷射器、冷凝器、循环水泵依次通过管道连接构成回路；所述蒸汽喷射器包括喷嘴、抽吸室和扩压室；所述太阳能集热器连接蒸汽喷射器的喷嘴，所述喷嘴设置于所述抽吸室内，所述抽吸室连接扩压室的一端，扩压室的另一端连接冷凝器；第一储水箱的上端通过带第一阀门的第一水管与蒸汽喷射器的抽吸室连接，下端通过带第四阀门的第一管道连接液力透平的进水端；第一储水箱的上端还设有一个带有第二阀门的第一通气管，下端还设有一个带第三阀门的第二管道；所述第二管道伸入所述蓄水池中；第二储水箱的上端通过带第六阀门的第二水管与蒸汽喷射器的抽吸室连接，下端通过带第七阀门的第三管道连接液力透平的进水端；第二储水箱的上端还设有一个带有第五阀门的第二通气管，下端还设有一个带第八阀门的第四管道；所述第四管道伸入所述蓄水池中；所述液力透平的轴连接所述发电机；

所述操作方法包括以下步骤：

1）打开第一阀门，蒸汽喷射器将第一储水箱抽真空形成稳定真空环境后，打开第三阀门，蓄水池中的液态水吸入第一储水箱，稳定后关闭第一阀门和第三阀门；打开第二阀门和第四阀门，第一储水箱中的液态水由于重力作用，向下流动，冲击液力透平旋转并带动发电机发电，之后水流入蓄水池；

2）打开第二储水箱和蒸汽喷射器之间的第六阀门，对第二储水箱进行抽真空形成稳定真空环境后，打开第八阀门，蓄水池中的液态水吸入第二储水箱，稳定后关闭第六阀门和第八阀门；打开第五阀门和第七阀门，第二储水箱中的液态水由于重力作用，向下流动，冲击液力透平旋转并带动发电机发电，之后水流入蓄水池。

本发明进一步的改进在于：重复步骤1）和步骤2）。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明包括以水为工质的太阳能蒸汽喷射抽真空子系统和抽水蓄能水力发电子系统；水在槽式集热器中加热，形成高压高温蒸汽，蒸汽通过蒸汽喷射器装置中喷嘴后，在喷嘴出口处得到很高流速，并降低到很低压力，于是可以将与喷嘴后端连接的储水箱抽成一定低压，蒸汽进入冷凝器被冷却水冷却成液态，再通过循环水泵输送到集热器，实现循环；抽水蓄能子系统含有对称的两个储水箱，一套共用的液力透平、发电机及蓄水池，高温蒸汽源源不断通过蒸汽喷射器，由于储水箱均与蒸汽喷射器中的喷嘴后端连接，储水箱经过一定时间后达到一定的真空度，储水箱放置在与其真空度相适的高度以实现抽水蓄能，打开储水箱与蓄水池之间的阀门，蓄水池中的水进入储水箱，待稳定后，可打开储水箱与液力透平之间的阀门，由于储水箱存在一定水头，水流冲转液力透平带动发电机发电后流入蓄水池，可实现水循环；两个储水箱交替使用，可以实现连续发电。

本发明采用太阳能产生热蒸汽进行抽真空实现水力发电，可作为小型电站使用，为太阳能充足地区提供电能，满足用户需求，应用前景良好。

此外本发明还可以作为抽水蓄能电站使用，在太阳能充足，用电负荷较小时进行抽水蓄能，用电负荷大时，进行水力发电，可作为调峰使用。

本发明相对于其他太阳能热力发电装置，设备相对简单，制造技术成熟，成本较低。

【附图说明】

图1为本发明一种太阳能抽真空水力发电系统的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

请参阅图1所示，本发明一种太阳能抽真空水力发电系统包括以水为工质的太阳能蒸汽喷射抽真空子系统和抽水蓄能水力发电子系统；太阳能蒸汽喷射抽真空子系统包括太阳能集热器1、蒸汽喷射器2、冷凝器3、循环水泵4、储水箱5，其中储水箱5是太阳能蒸汽喷射抽真空子系统和抽水蓄能水力发电子系统的共用设备。储水箱5包括第一储水箱51和第二储水箱52。储水箱5布置高度与蒸汽喷射器2所能达到的真空度相适应，可以抽吸液态水到一定高度。

太阳能集热器1的蒸汽出口端和蒸汽喷射器2的喷嘴连接，蒸汽喷射器2的喷嘴设置于抽吸室中，抽吸室连接储水箱5，蒸汽喷射器2的抽吸室连接扩压室，扩压室后端连接冷凝器3，冷凝器3连接循环水泵4，循环水泵4再连接太阳能集热器1，构成抽真空蒸汽回路。蒸汽喷射器2和第一储水箱51、第二储水箱52之间的连接通过阀门F1、F3控制。水在太阳能集热器1加热下成为具有一定温度和压力的蒸汽，这部分蒸汽通过蒸汽喷射器2的喷嘴，在喷嘴出口得到很高的流速，并降低到很低的压力，可以将与之连接的第一储水箱51、第二储水箱52抽成一定的低压，蒸汽进入到喷射器2的扩压室后，速度降低，压力升高，然后进入冷凝器3，经冷却水冷却成液体后，通过循环水泵4，再次输送到太阳能集热器1中，构成蒸汽喷射抽真空子系统中的循环。

抽水蓄能水力发电子系统包括第一储水箱51、第二储水箱52，液力透平6，发电机7，蓄水池8。第一储水箱51、第二储水箱52各有一条管道分别通过阀门F5、F8直接与蓄水池8连接，第一储水箱51、第二储水箱52另各有一条管道分别通过阀门F6、F7与同一液力透平6连接，液力透平6的出水端与蓄水池8连接，液力透平6轴连接并驱动发电机7。

由于储水箱51与52对称布置，功能一致，取其中第一储水箱51进行说明。蒸汽喷射器2连接第一储水箱51，第一储水箱51形成稳定真空环境后，打开阀门F5，蓄水池8中的液态水进入第一储水箱51，稳定后关闭阀门F1、F5，打开阀门F2、F6，第一储水箱51中的液态水由于重力作用，向下流动，冲击液力透平6旋转并带动发电机7发电；液力透平6的出水排入蓄水池8，完成抽水蓄能水力发电系统中的水循环。第二储水箱52的用处在于，当第一储水箱51完成抽水蓄能进行发电时，可以打开第二储水箱52和蒸汽喷射器2之间的阀门F4，对第二储水箱52进行抽真空。第一储水箱51、第二储水箱52可以交替使用，实现连续不间断发电。

Claims

1.一种太阳能抽真空水力发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器（1）、蒸汽喷射器（2）、冷凝器（3）、循环水泵（4）、第一储水箱（51）、液力透平（6）、发电机（7）和蓄水池（8）；第一储水箱（51）的上端通过带第一阀门（F1）的第一水管与蒸汽喷射器（2）连接，下端通过带第四阀门（F6）的第一管道连接液力透平（6）的进水端；液力透平（6）轴连接所述发电机（7）；所述太阳能集热器（1）、蒸汽喷射器（2）、冷凝器（3）、循环水泵（4）依次通过管道连接构成回路；所述第一储水箱（51）的上端还设有一个带有第二阀门（F2）的第一通气管，下端还设有一个带第三阀门（F5）的第二管道；所述第二管道伸入所述蓄水池（8）中；所述太阳能集热器（1）由多个槽型抛物面聚光器串联或并联组成；所述蒸汽喷射器（2）包括喷嘴、抽吸室和扩压室；所述太阳能集热器（1）连接蒸汽喷射器（2）的喷嘴，所述喷嘴设置于所述抽吸室内；所述第一储水箱（51）的上端通过带第一阀门（F1）的第一水管与蒸汽喷射器（2）的抽吸室连接；所述扩压室连接所述抽吸室。

2.如权利要求1所述一种太阳能抽真空水力发电系统，其特征在于，所述太阳能抽真空水力发电系统包括第二储水箱（52）；第二储水箱（52）的上端通过带第六阀门（F4）的第二水管与蒸汽喷射器（2）的抽吸室连接，下端通过带第七阀门（F7）的第三管道连接液力透平（6）的进水端；所述第二储水箱（52）的上端还设有一个带有第五阀门（F3）的第二通气管，下端还设有一个带第八阀门（F8）的第四管道；所述第四管道伸入所述蓄水池（8）中。

3.一种太阳能抽真空水力发电系统的操作方法，其特征在于，所述太阳能抽真空水力发电系统包括太阳能集热器（1）、蒸汽喷射器（2）、冷凝器（3）、循环水泵（4）、第一储水箱（51）、第二储水箱（52）、液力透平（6）、发电机（7）和蓄水池（8）；所述太阳能集热器（1）、蒸汽喷射器（2）、冷凝器（3）、循环水泵（4）依次通过管道连接构成回路；所述蒸汽喷射器（2）包括喷嘴、抽吸室和扩压室；所述太阳能集热器（1）连接蒸汽喷射器（2）的喷嘴，所述喷嘴设置于所述抽吸室内，所述抽吸室连接扩压室的一端，扩压室的另一端连接冷凝器（3）；第一储水箱（51）的上端通过带第一阀门（F1）的第一水管与蒸汽喷射器（2）的抽吸室连接，下端通过带第四阀门（F6）的第一管道连接液力透平（6）的进水端；第一储水箱（51）的上端还设有一个带有第二阀门（F2）的第一通气管，下端还设有一个带第三阀门（F5）的第二管道；所述第二管道伸入所述蓄水池（8）中；第二储水箱（52）的上端通过带第六阀门（F4）的第二水管与蒸汽喷射器（2）的抽吸室连接，下端通过带第七阀门（F7）的第三管道连接液力透平（6）的进水端；第二储水箱（52）的上端还设有一个带有第五阀门（F3）的第二通气管，下端还设有一个带第八阀门（F8）的第四管道；所述第四管道伸入所述蓄水池（8）中；所述液力透平（6）轴连接所述发电机（7）；

所述操作方法包括以下步骤：

1）打开第一阀门（F1），蒸汽喷射器（2）将第一储水箱（51）抽真空形成稳定真空环境后，打开第三阀门（F5），蓄水池（8）中的液态水吸入第一储水箱（51），稳定后关闭第一阀门（F1）和第三阀门（F5）；打开第二阀门（F2）和第四阀门（F6），第一储水箱（51）中的液态水由于重力作用，向下流动，冲击液力透平（6）旋转并带动发电机（7）发电，之后水流入蓄水池（8）；

2）打开第二储水箱（52）和蒸汽喷射器（2）之间的第六阀门（F4），对第二储水箱（52）进行抽真空形成稳定真空环境后，打开第八阀门（F8），蓄水池（8）中的液态水吸入第二储水箱（52），稳定后关闭第六阀门（F4）和第八阀门（F8）；打开第五阀门（F3）和第七阀门（F7），第二储水箱（52）中的液态水由于重力作用，向下流动，冲击液力透平（6）旋转并带动发电机（7）发电，之后水流入蓄水池（8）。

4.如权利要求3所述一种太阳能抽真空水力发电系统的操作方法，其特征在于，重复步骤1）和步骤2）。