CN102312803B - 低温高流速气体动能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温高流速气体动能发电系统，包括第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路，第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路围成封闭的低温高流速气体动能发电环路；第一工作过程循环支路进一步包括第一气体压缩机、第一热循环工作吸热管、第一气动发电机，第一气动发电机分别通过第一热循环工作吸热管与第一气体压缩机连接；第二工作过程热循环支路进一步包括第二气体压缩机、第二热循环工作吸热管、第二气动发电机，第二气动发电机分别通过循环工作吸热管与第二气体压缩机连接；第一气动发电机与第二气体压缩机通过循环回路连接，第二气动发电机与第一气体压缩机通过循环回路连接。本发明具有提高热功转换效率的优点。

Description

低温高流速气体动能发电系统

技术领域

本发明涉及到热功转换热循环领域，具体涉及到一种可大幅度提高发电效率的低温高流速气体动能发电系统。

背景技术

电能是品质和品位最高的可用能。现代人类社会生存发展永远离不开电能。我国现在已装置近12亿千瓦的发电装置，年发电量约5万亿千瓦·时。预计2050年，我国社会需求可能将翻两番。目前我国95%的电能都是由热发电生产的，其中70%是燃煤生产的。燃烧化石能源将亿万年以来地球存储的碳释放在大气中，将严重破坏地球环境的碳平衡，造成极大的生态危机。化石能源亦已面临枯竭的危机。核能源发电存在核泄漏安全隐患，同时核能包括核聚变能也是有限的不可再生矿物能源。因此，寻找可再生绿色能源是我们当前的迫切任务。水力发电，资源量有限，估计可开发水电资源不足2万亿千瓦·时；风力发电乐观估计可装机100万台机组，仅能提供约3万亿千瓦·时；生物质能源发电存在收集困难，工程化难度大，仍有一定的环境污染问题，虽然在民生低品热应用份额仍不少，但它不是我们绿色能源开发的首选。因此，利用太阳能直接幅射热发电（包括热发电、光伏发电）是人类彻底解决能源问题的根本出路。

提高发电效率，降低单位发电成本，使太阳能热发电成本与传统能源发电成本比较有竞争优势，是本发明的目标。

传统能源热发电（燃烧化石能源，包括核能）热循环主要有朗肯循环（通过锅炉加热水蒸汽循环），布雷顿循环（燃气轮机）、奥托循环（点然式内燃机）、笛塞尔循环（压燃式内燃机）几种方式。本文提出一种全新的热力循环方式，即为低温高流速气体动能发电系统，定名为LHP（LOW HIGH POWER）循环，它的热循环效率比较目前规模热发电的几种热循环方式高许多。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种低温高流速气体动能发电系统，以解决现有技术采用太阳能热发电常用槽式、塔式、碟式的方法将太阳能聚焦，产生高温，加热水蒸气实施的方式发电效率较低的技术问题。。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种低温高流速气体动能发电系统，包括第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路，所述第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路围成一封闭的低温高流速气体动能发电环路；所述第一循环支路进一步包括第一气体压缩机、第一循环工作吸热管、第一气动发电机，所述第一气动发电机分别通过第一循环工作吸热管与所述第一气体压缩机连接；所述第二工作过程循环支路进一步包括第二气体压缩机、第二循环工作吸热管第二气动发电机，所述第二气动发电机分别通过第二循环工作吸热管与所述第二气体压缩机连接；所述第一气动发电机与所述第二气体压缩机通过循环回路连接，所述第二气动发电机与所述第一气体压缩机通过循环回路连接。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，，所述第一气动发电机和第二气动发电机的做功叶轮与前级预压缩机叶轮及发电机共轴，发电机设置在两叶轮之间，做功叶轮在前，其能够对低温高流速气体减速，吸收气体动功，带动发电机和前级预压缩机叶轮并输出电力，还能对已减速的气流做前级预压缩，为下一工作循环气体增加压力。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一气体压缩机和第二气体压缩机接收电力输入轴功。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一循环工作吸热管接受热量，一部分热量被循环气体膨胀吸收，另一部分热量被大气散失。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一气体压缩机和第二气体压缩机压缩的循环气体沿在所述第一热循环支路和第二热循环支路内完成封闭循环，在系统初启动时，将发电机设置在零负荷，第一气体压缩机和第二气体压缩机接收外电源，让气体在循环回路流动，流动的气体接收循环吸热管加热加速气体膨胀，使得气体不断被加速，在恰当的参数时，渐渐增加发电机负荷，直到获得稳定的热平衡全负荷工作状态，第一气体压缩机和第二气体压缩机输入功率可以根据循环吸热管输入热量的状况进行调整，以保证系统的稳定工作。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路还分别包括第一热源储热库和第二热源储热库，所述第一热源储热库连接在所述第一气体压缩机和第二气动发电机之间，所述第二热源储热库连接在所述第二气体压缩机和第一气动发电机之间。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一热循环支路和第二热循环支路还分别包括第一气体冷却器和第二气体冷却器，所述第二气体冷却器连接在所述第一气体压缩机和第二气动发电机之间，所述第一气体冷却器连接在所述第二气体压缩机和所述第一气动发电机之间。

依照本发明较佳实施例所述的低温高流速气体动能发电系统，所述第一、第二气体冷却器为低品位热储热库。

由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

本发明提供一种LHP（低温高流速气体动能发电系统）循环气动发电系统，其类似在一个人造极高流速风洞中进行的风力发电，其不同于一般的热机循环过程。结合选用较低比热比值的循环热媒实际循环效率十分接近理想卡诺循环效率；并且它可在很高的等效温度下工作，实施“渐渐滞止”（等温、等压、减速吸收气体动功），避开设备材料使用温度的制约，LHP循环可以在较低的视值温度下，完成很高等效温度的循环过程，可以获得很高的循环效率。

当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时达到以上全部的技术效果。

附图说明

图1是本发明提供的低温高流速气体动能发电系统实现LHP循环的原理图；

图2是二级压缩无冷源LHP循环温熵图；

图3是二级压缩无冷源LHP循环工作时序图；

图4是布雷顿循环温熵图；

图5是本发明提供的低温高流速气体动能发电系统的第一实施例二级压缩有冷源的原理图；

图6是二级压缩有冷源LHP循环共轭温熵图；

图7是二级压缩有冷源LHP循环工作时序图；

图8是本发明提供的低温高流速气体动能发电系统的第二实施例的原理图；

图9是第二实施例LHP循环温熵图；

图10是第二实施例LHP循环时序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。

本发明的核心思想在于，设计一个太阳能或其他热能源经气体热力循环把大部分热能转变成气体流动的宏观质量惯性动能的热循环过程，一定的循环压力差使流体完成吸热，膨胀加速流动，热功转换循环过程。在过程中，由气体宏观动能发电装置，完成较高热电效率循环工作。

以下简单说明本发明的原理：

本发明提供一种低温高流速气体动能发电系统，以下简称LHP循环系统，图1是一个无冷源工作的LHP循环工作架构。

在图1中第一气体压缩机A1，第一气动发电机A2、第二气体压缩机B1、第二气动发电机B2，在循环工作吸热管连接成两个封闭的热循环支路。在图1中θ_A、θ_B表示热源（来自太阳能热幅射），q_A1、q_B1表示吸热管大气散热，ω_A出、ω_B出表示输出轴功，ω_Aλ、ω_Bλ表示输入轴功。

LHP循环气体延A₁→A₂→B₁→B₂→A₁，完成一个封闭循环。系统与外界没有质量的交换，有热量和功量的交换。两个热循环支路构成一个完全LHP循环。它类似两个开式布雷顿循环把出入口对接起来组成的对偶布雷顿循环。

布雷顿循环的理想热效率是以高温差产生的高压比来提高热效率的。它对空气流作很大的压缩，增密增温，以提高热效率。气流动功较小，主要靠燃气热膨胀压差做功。而LHP循环压差（静压）仅用作流体流动的动力。LHP循环对气流作等密等温减速，可以在较低的温度下完成工作循环，对外作功靠高流速气体动能做功。热功效率对温度不敏感。

布雷顿循环温熵图见图4，布雷顿循环输出功见下式：

γ_p——压缩比

以喷气飞机发动机工作为例，T₂=1450k，γ_P=2.8，η_热=26.26%；

图2为二级压缩无冷源LHP循环温熵图，它包括两个工作过程，它是共轭工作过程。

图中4—1为压气机等熵压缩；1—2为气流吸热减温膨胀加速流动；T_滞—2完成气动发电过程，点（2、3′）为气动发电和两工作过程转换点；气动发电过程视值温度可不发生变化，也不表现气体体积膨胀过程。温熵图可用来表达与温度变化的等熵膨胀做功过程，但不能表达气动发电过程。气动发电过程，没有一个等熵膨胀过程，它只是在点（2、3′），（2′，3）渐渐“滞止”高流速气体，实际是一个对气流减速，通过叶轮机械吸收气体动功的过程。经点3′进入下一工作过程的预压缩阶段，它是与上一气动发电过程共轴完成的。4′—1′为下一工作过程的压气机等熵压缩阶段。1′—2′为气流吸热减温膨胀加速流动。点（2′，3）为气动发电和两工作过程转换点，T′_滞—2′完成气动发电过程。经3回到上一工作过程的预压缩阶段，再进入全LHP缩环的起点。图2可帮助我们了解全LHP循环的过程，但不能帮助我们通过温熵图对LHP循环热效率的计算，如前所述，宏观动能做功它不是温度的函数。但我们可以把高温热源温度和做功前后的压力差，用滞止的温度和压差写出其热效率求解表达式。

θ_1、2＝T_(s)1(S₂-S₁)   （3-4）

θ_3、4＝T₃(S₄-S₃)   （3-5）

ω_净＝θ_1、2-θ_3、4＝T_(s)1(S₂-S₁)-T₃(S₃-S₄)

S₃＝S₂,S₄＝S₁   （3-6）

式（3-7）中的T(s)₁是气流滞止等效温度，P₀为气流滞止等效压。

下面我们将给出滞止等效温度等效压的计算方法。我们可算出某气体在240°k时以2000m/s流速滞止，等效温度为2929°k。T_滞>>（T₁、T₃）。因此LHP循环有较大的等熵“膨胀”做功能力。这就是LHP循环比较布雷顿循环热效率高许多的原因。上述工况LHP循环理想效率可达91.8%。

LHP循环热功转换是将高速气流在一个短时间和一个较短距离内转变为较低流速气流的过程，它是通过叶轮机械吸收了气流宏观质量动能转变为发电输出轴功的过程。其转化效率（未包括机械效率损失），从2000m/s气流，变为200m/s气流，可达99%。热功转换过程，静压和温度可基本保持不变，但动压会大幅降低。我们这样一个热功转换机械装置与发电机串接成LHP循环发电装置。它的结构原理与燃气轮发电机装置相似，但它的作功压缩是逆时序的，发电机装置在作功叶轮与压缩叶轮之间。

气流滞止焓由下式确定。

$\frac{{\stackrel{\‾}{V}}^2}{2}=\frac{n}{n-1}\frac{P}{\mathrm{\ρ}}[{\left(\frac{P_0}{P}\right)}^{\frac{n-1}{n}}-1]---(3-8)$

绝热过程n＝k，叶轮机械热功转换过程，可视为绝热过程。

式（3-8）中

P——流入气体静压

ρ——流入气体密度

P₀——滞止静压

$\frac{P_0}{P}={(1+\frac{n-1}{2n}\·\frac{{\stackrel{\‾}{V}}^2}{P/\mathrm{\ρ}})}^{\frac{n}{n-1}}={(1+\frac{(n-1)k}{2n}\·\frac{{\stackrel{\‾}{V}}^2}{\mathrm{kp}/\mathrm{\ρ}})}^{\frac{n}{n-1}}---(3-9)$

音速 $a=\sqrt{\frac{\mathrm{kp}}{\mathrm{\ρ}}}$ 马赫数 $M=\frac{\stackrel{\‾}{V}}{a}$

式（3-9）写成下式

$\frac{P_0}{P}={(1+\frac{(n+1)k}{2n}{M}^2)}^{\frac{n}{n-1}}---(3-10)$

将（3-10）式用牛顿二项式级数展开可得如下滞止全压式。

滞止温度变化

$\mathrm{\ΔT}=T_2-T_1=T_1[{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{\frac{k-1}{k}}-1]=T_1\frac{k-1}{2}{M}^2---(3-12)$

T₂——滞止后温度

T₁——滞止前温度.

以上简单说明了本发明的工作原理，以下以两个实施例来具体说明本发明的应用。

实施例一：

实施例一的概貌

1）太阳光水平直幅射6000MJ/m²年

2）北光场1000m（南北向）×1500m（东西向）山坡地，装镜率40%。

3）南光场500m（南北向）×1500（东西向）平地，镜场下可建60万m²厂房，房顶装镜，装镜率80%。

4）南北光场间装Ф860×21.11mm吸热管两条。吸热管为水平东西走向，吸热管两端分别配套与一级压缩机共轴的发电系统、和低温储热库（气体冷却器）、发电装机功率50万瓩×2、3级低温储热库体积3万m³×2，可储热72小时，尺寸Ф36m×30m。一级储热温度90℃，尺寸Ф21m×30m，二级储热温度60℃，尺寸Ф30m×30m，三级储热温度30℃，Ф36m×30m。

5）需要5000m³/天供水，（包括低品热用户水耗。）低品位热供热面积150万m²。

4—2工程例（1）光场主要技术参数

1）光场面积1500m×1500m=225万m²

2）镜场面积1500m×（400m+400m）=120万m²

3）镜场总太阳幅射量20亿千瓦·时/年。

4）光热效率0.7873

5）年总光热量15.746亿千瓦·时/年

6）聚光比148倍

4—3工程例（1）循环热媒主要技术参数

1）循环热媒热稳定性好，分解温度≧1000°k，不燃不爆，无毒，无腐蚀气体。

2）沸点271.5°k（常压）

3）分子量238.028克/摩尔。

4）比热比值1.046

5）定压比热容

298°k=0.79KJ/kg.°k  374°k=0.9046KJ/kg.°k

320°k=0.82KJ/kg.°k  445°k=0.9933KJ/kg.°k

6）气体粘度

298°k=121.11×10^-7pa.s   374°k=150.2×10^-7pa.s

320°k=129.6×10^-7pa.s    445°k=176.38×10^-7pa.s

7）气体导热率

298.15°k=0.00968n/m.°k  374°k=0.01560w/m.°k

320°k=0.01136w/m.°k     445°k=0.02134w/m.°k

4—4工程例（1）2级压缩有冷源LHP循环系统工作主要技术参数

其中，工作原理见图5，其为2级压缩有冷源LHP循环系统作为实施例一的工作原理。其中，第一气体压缩机A₁到第一气动发电机A₂为上半LHP循环工作吸热管，第二气体压缩机B₁到第二气动发电机B₂为下半LHP循环工作吸热管，采用低品位热储库作为第一气体冷却器A3和第二气体冷却器B3，其中C₁、C₂表示热用户，D₁、D₂表示供热泵，θ_A、θ_B表示接受太阳能热量，q_A1、q_B1表示吸热管大气散热量，q_A2、q_B2表示冷却器吸热量，ω_Aλ、ω_Bλ表示循环系统输入轴动，w_A出，w_B出表示循环系统输出轴功。

实施例一的循环时序见图7，其中2—2′和2′—2是发电过程，（2、2′）点是两工作过程互换循环点。

2级压缩有冷源LHP循环系统各工作点主要技术参数见表1：

表1

2级压缩有冷源LHP循环共轭温熵图见图6，其中S₂>S₁、S₂′>S₁′、S₁=S₁′、S₂=S₂′，T₄=T₄′=320°k、T₁=T₂=T₂′=T₁′=374°k、T₃=T₃′=445°k，输出功对应点S₂、S₂′最大滞止等效温度2963°k，卡诺理想效率89.2%。

此实施例的主要经济指标如下：

1）年净发电10.6亿千瓦·时/年；低品位热输出1.973亿千瓦·时/年，可供150万m²居民建筑热水供暖；光场单位面积太阳能热发电量4.71亿瓩·时/km²；太阳幅射年电效率53%，热效率62.9%。

2）总投资42亿人民币，其中镜场18亿元、发电系统14亿元，吸热管及台基支架4亿元，低温储热库（72小时储热量）3亿元，控制系统及其它3亿元。

3）总装机1GW每瓩装机投资4200元/瓩。年发电量度电投资3.962元/千瓦·时·年，30年服役度电成本0.18585元/千瓦·时（未包土地成本，平均折旧静态计算，工资1500万元/年，设备维护费总投资1%）。

以下说明发电量计算方式：

1）吸热管、平均壁温465°k

2）环境对流热损（平均气温15℃）

计算式

ΔT=177°k D=0.86m

ω对流热损=1408w/m²

3）环境幅射热损（平均气温15℃）

计算式

ε=吸热管黑度系数

C₀=吸热管幅射系数

T₁=465°k T₂=288°k

令ε=0.15 C₀=5.77w/m²k⁴

ω幅射热损=345w/m²

4）循环系统大气总热损功率

ω_大气热损=（ω_对流热损+ω_幅射热损）×S_面积

=（1.408+0.345）千瓦×8105m²=1.42万千瓦

5）流速计算式

$\stackrel{\‾}{V}=\sqrt{\frac{2(h_1-h_2)+2(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\λ}})}{1-{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1}\right)}^2}}---(4-3)$

h₁——吸热器入口单位质量焓

h₂——吸热器出口单位质量焓

θ——流质单位质量接受太阳光幅射热量

ω_λ——流质单位质量接受输入轴功

h₁=h₂=338KJ/kg

θ_max=1924.4KJ/kg·s

ω_入=76KJ/kg·s

ρ₁=410kg/m3

ρ₂=0.23kg/m3

6）发电量用微分方程求解有较大困难。我们可用分步计算法计算各能量比率，求出发电效率，根据年总得热量，计算年总发电量。

7）根据系统参数，可推导求得如下循环系统特征方程。

流质方程：

$m=F_0\·{\mathrm{\ρ}}_0\·\stackrel{\‾}{V}=0.1208\stackrel{\‾}{V}---(4-4)$

幅射率流速相关方程：

$\mathrm{\δ}=0.128\×{10}^{-9}{\stackrel{\‾}{V}}^3-0.020\×{10}^{-3}\stackrel{\‾}{V}+0.016---(4-5)$

8）令光场最大幅射强度1000瓦/m²，步长为50瓦/m²，此实施例的能量分配比例见下表2

表2

9）循环效率

10）平均发电功率

$\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_e=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_s-{\mathrm{\ω}}_g+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\λ}}){\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}_1\·{\mathrm{\η}}_2\\ =[\mathrm{\ωs}\left(\mathrm{\δ}\right)-{\mathrm{\ω}}_g+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\λ}}\left(\mathrm{\δ}\right)]{\mathrm{\η}}_1\left(\mathrm{\δ}\right)\·{\mathrm{\η}}_2={\mathrm{\ω}}_e\left(\mathrm{\δ}\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i{I}_{\mathrm{ei}}}{\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{({2\mathrm{\δ}}_i-1)}^2}\end{array}---(4-7)$

——平均发电功率

——平均太阳能幅射功率

ω_g——大气散热功率

——平均二级压缩机轴功

η₁——平均循环效率（取值0.00—1.00）

η₂——发电系统机械效率（取值0.95）

δ_i——太阳幅射率（取值0.00—1.00）

m_i——δ_i时的质量流

I_ei——δ_i时的轴功

η_i——δ_i时的热效率

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}_1=\frac{\stackrel{\‾}{m}\·\tilde{I}e}{\stackrel{\‾}{m}[\frac{\stackrel{\‾}{{{\stackrel{\‾}{v}}_i}^2}}{2}-({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\λ}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_l)]}=\frac{\stackrel{\‾}{I}e}{\frac{\stackrel{\‾}{{{\stackrel{\‾}{v}}_i}^2}}{2}-({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_l+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\λ}})}---(4-8)$

据表2求得如下数值

——平均质量流=186.345kg/s

——平均单位质量轴功=1073.95kj/kg

——平均单位质量动能=1252.47KJ/kg

——平均一级压缩机轴功=（h₃-h₂）=104KJ/kg

——平均气体冷却功率=（h₄-h₃）=－180KJ/kg

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}_1=\frac{1073.95}{1252.47+180-104}=0.8084$

11）发电热量平衡式：

${\mathrm{\θ}}_s\·{\mathrm{\η}}_3+({\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\θ\λ}}-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\θL}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\θg}})\×H=\frac{2\×\stackrel{\‾}{m}\·\stackrel{\‾}{I}e\·H}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}_1\·{\mathrm{\η}}_2}---(4-9)$

θ_s——年总太阳水平直幅射热量=20亿千瓦时/年

η₃——光热效率

——压缩机平均耗热功率=2×（76+104）KJ/kg×186.345kg/s

——平均气体冷却功率=2×180KJ/kg.s×186.345kg

ω_g——大气散热功率=1.42万瓩

H——循环热平衡时间因子（注：它不等同于工作时间）

用上面数值代入式（4-9）解得

H=2941.1小时

η₄——二级压缩机机械效率取值0.85。

其它用电0.192亿千瓦·时

年净发电=E_总减二级压缩机用电减其它用电=10.6亿千瓦·时/年

实施例二

以下为一种采用储热库作为LHP循环免补热太阳能基荷电站的实施例：

实施例二的概貌如下：

1）太阳能水平直幅射量6000MJ/m²年。

2）太阳能水平直幅射量日峰值26.5MJ/m²日（确定发电系统最大装机功率。）

3）太阳能水平直幅射功率峰值1000W/m²（确定吸热管最大质量流率）。

4）太阳能水平直幅射量日平均值16.44MJ//m²日（确定发电系统均衡运行功率和储热库库容参数）。

5）北光场1000M（南北方向）×1500M（东西方向）×3，山坡地，装镜率40%。

6）南光场500M（南北方向）×1500M（东西方向）×3，平地，可建180万m²厂房或其它功能建筑，房顶装镜，装镜率80%。

7）南北光场间装置ф650×15mm吸热管两条，吸热管为水平东西走向；用水蒸汽作热媒；中部1500M两端分别建6万m³，4级储热库各一座；两储热库间装两条ф755×18.14mm气动发电循环管，外套ф1000×15mm供热管。供热管外包100mm厚保温材料，过热水供热。

8）一级储热库尺寸ф34m×34m，相变材料熔点120℃±10℃，库容700万MJ。

二级储热库尺寸ф41.5m×34m，相变材料熔点90℃，库容650万MJ。

三级储热库尺寸ф46m×34m，相变材料熔点60℃±10℃，库容300万MJ。

四级储热库尺寸ф48m×34m，没有相变材料，储热温度30℃±10℃，库容40万MJ。

9）发电机最大输出功率41.5万千瓦×2（流速2000m/s，质量流率229.23kg/s）。

发电机全年均衡功率25.82万千瓦×2（流速1716m/s，质量流率196.68kg/s）

发电机最小功率2万千瓦×2（流速800m/s，质量流率91.7kg/s）。

储热库在无供热条件下可供最小功率发电连续运行168小时。

其工作原理如图8所示，其中第一气体压缩机A₁、第二气体压缩机B₁，分别通过第一工作循环吸热管和第二工作循环吸热管与第一气动发电机A₂和第二气动发电机B₂连接，第一气动发电机与第二气体压缩机和第二气动发电机与第一气体压缩机通过循环回路连接。第一吸热管外套供热管A₅，第二吸热管外套供热管B₅。A₃、B₃表示供热循环水泵，A₄、B₄表示两个工作循环支路的热交换器，A₅、B₅表示供热套管，A₃、B₃、A₄、B₄、A₅、B₅组成封闭供热循环回路。热交换器热流程为四级（30℃）→三级（60℃）→二级（90℃）→一级（120℃）

C₁、C₂表示4级储热库，D₁、D₁′表示左光场吸热管循环水泵，D₂、D₂′表示左光场吸热管输水管，D₃、D₃′表示左光场吸热管，D₄、D₄′表示左光场吸热管热交换器，热流程：一级（120℃）→二级（90℃）→三级（60℃）→输水管→吸热管。

E₁、E₁′表示中光场吸热管循环水泵，E₂、E₂′表示中光场吸热管，E₃、E₃′表示中光场吸热管热交换器，热流程：一级（120℃）→二级（90℃）→三级（60℃）→输水管→吸热管

F₁、F₁′表示右光场吸热管循环水泵，F₂、F₂′表示右光场吸热管输水管，F₃、F₃′表示右光场吸热管，F₄、F₄′表示右光场吸热管换交换器，热流程：一级（120℃）→二级（90℃）→三级（60℃）→输水管→吸热管

按照表3所示的参数，可以计算发电量：

表3

1）吸热管平均壁温500°k，大气散热功率3.867万千瓦，全年散热1.16亿千瓦时（3000小时/年）。

2）供热管，经保温处理，大气散热功率400千瓦，全年散热0.035亿千瓦时（8760小时/年）。

3）发电有效光热0.1667万千瓦时/m²×360万m²×0.7873－（1.16+0.035）亿千瓦时=46亿千瓦时。

4）全年均衡发电功率25.82万千瓦×2（流速1716m/s，质量流率196.68kg/s）。

5）全年总发电45.24亿千瓦时。

6）吸热管循环水泵功率1200千瓦×6，全年用电0.216亿千瓦时（3000小时）。

7）供热管循环水泵功率440千瓦×2，全年用电0.0771亿千瓦时（8760小时）。

8）二级压气动功率2.465万千瓦×2，全年用电4.31868亿千瓦时（8760小时）。

9）全年净发电，40.5亿千瓦时（其它用0.128亿千瓦时）

投资预算如下：

1）反射镜360万m²，1500元/m²（含光伏电源），54亿元

2）发电系统41.5万千瓦×2 2500元/千瓦（含压气机），20.75亿元

3）吸热管、供热管、台基及支架             20亿元

4）储热库6万m³×2 1.5万元/m³（含相变材料） 18亿元

5）控制系统                               2.25亿元

总合计：                                  115亿元

主要经济指标，

1）年净发电40.5亿卡瓦时

太阳能幅射年电效率67.5%

光场单位面积太阳能热发电量，6亿千瓦时/km²

2)总投资115亿元

年净发电量度电投资2.8395元/千瓦时

30年服役度电成本0.1292元/瓩时（年折旧3.833亿、年设备维护费1.15亿、年工资0.25亿；未包土地成本，平均折旧静态计算）

4）上网电价0.4元/瓩计算（与现在常规能源上网电价相近），年收益14.8亿元，投资回收期7.77年。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种低温高流速气体动能发电系统，其特征在于，包括第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路，所述第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路围成一封闭的低温高流速气体动能发电环路；所述第一循环支路进一步包括第一气体压缩机、第一循环工作吸热管、第一气动发电机，所述第一气动发电机通过第一循环工作吸热管与所述第一气体压缩机连接；所述第二工作过程循环支路进一步包括第二气体压缩机、第二循环工作吸热管第二气动发电机，所述第二气动发电机通过第二循环工作吸热管与所述第二气体压缩机连接；所述第一气动发电机与所述第二气体压缩机通过循环回路连接，所述第二气动发电机与所述第一气体压缩机通过循环回路连接；

所述第一气动发电机和第二气动发电机的做功叶轮与前级预压缩机叶轮及发电机共轴，发电机设置在两叶轮之间，做功叶轮在前，其能够对低温高流速气体减速，吸收气体动功，带动发电机和前级预压缩机叶轮并输出电力，还能对已减速的气流做前级预压缩，为下一工作循环气体增加压力；

所述第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路还分别包括第一热源储热库和第二热源储热库，所述第一热源储热库连接在所述第一气体压缩机和第二气动发电机之间，所述第二热源储热库连接在所述第二气体压缩机和第一气动发电机之间；

所述第一工作过程热循环支路和第二工作过程热循环支路还分别包括第一气体冷却器和第二气体冷却器，所述第二气体冷却器连接在所述第一气体压缩机和第二气动发电机之间，所述第一气体冷却器连接在所述第二气体压缩机和所述第一气动发电机之间，所述第一、第二气体冷却器为低品位热储热库。