CN102400872B - 太阳能和风能互补储能热发电装置 - Google Patents

太阳能和风能互补储能热发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明太阳能和风能互补储能热发电装置由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、风电机组、电力加热器、动力发电机组组成，为克服太阳能热发电和风电不可控、不连续的技术缺陷，通过利用风电加热并储热的优势，把低品质电力转化为高品质电力，实现太阳能互补热发电。

Description

太阳能和风能互补储能热发电装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能和风能互补储能的热发电(CSP)装置，该技术属太阳能热利用利用领域。
背景技术
目前，摆在国际太阳能聚热发电(CSP)领域的关键技术课题就是通过技术创新不断降低太阳能热发电制造成本，继续提高发电效率，积极创造替代化石能源的经济技术基础。但是，由于太阳能热发电先天存在不可控和不连续的技术缺陷，致使太阳能热发电还无法同化石能源发电竞争。为解决这一技术问题，西班牙安达索槽式太阳能热发电站和吉玛索塔式太阳能热发电站成功地采用了熔盐储热技术，使每天的发电时间延长了7.5小时甚至达全天24小时。但是，这一技术的最大缺陷是仅适用于太阳能直接辐照条件较好的地区，而在大多数光照条件稍差的地区则无法使用。为此，选择太阳能与天燃气发电(ISCC)互补、与燃煤发电互补的技术路线就成为一种新的选择。但是这毕竟是一种过渡技术，人类最终将选择可再生能源取代化石能源。为实现这一目标，近年来诞生了不少太阳能与可再生能源技术相结合的技术方法，例如申请号为200920220337.8的专利则是将槽式太阳能热发电系统与生物质锅炉和风能的电加热管路连通，实现太阳能与生物质能和风能的互补发电。但是，这些技术都没有充分利用太阳能热发电具有的储热功能。发明人在专利201110060078.9；201110086362.3和201110161536.8申请中提出设立适合太阳能中低温热发电(CSP)的新型的储热换热一体化装置，其目的是为了减化太阳能热发电设备数量，充分利用储热装置降低热损失，提高中低温热发电效率。如果将这一技术同风电技术相结合，就可以找到太阳能和风能全新的结合点，特别是风电很不稳定且品质低，而太阳也不总是高高挂在天空，只有发挥两者长处，才能从根本上克服太阳能热发电和风电各自存在的缺陷，最终实现可再生能源替代化石能源的终极目标。
发明内容
本发明就是为克服太阳能热发电不可控、不连续的技术缺陷，通过利用风电加热并储热的优势，实现太阳能和风能互补连续热发电的装置。
本发明由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、风电机组、电力加热器、动力发电机组组成，其特征在于：
1)储热换热罐为圆形体；或哑铃圆柱型体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列；
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式；
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的四个接口分别连接太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器以及动力发电机组相应接口；或将过热蒸发器设置在储热换热罐外；
4)；温度平衡搅拌器设置在储热换热罐体内；温度平衡搅拌器平行或垂直设置；
5)风电机组通过动力电缆连接设置在储热换热罐体内的电力加热器直接对熔盐加热；或通过动力电缆连接设置在导热油储油罐内的电力加热器直接对导热油加热；
6)储热换热罐内的列管或盘管换热器进出口分别连接过热蒸发器出口和槽式太阳能聚光装置进口；
7)储热换热罐体内的过热蒸发器出口和列管或盘管蒸发器进口分别连接动力发电机组进出口；
8)过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管；
9)所述动力发电机组为蒸汽郎肯循环或有机郎肯循环(ORC)动力发电机组；或中低温斯特林热发电动力发电机组；
10)太阳能聚光装置为槽式、塔式、反射菲涅尔、碟式太阳能聚光装置，采用雾化水汽、导热油、或熔盐为传热工质。
本发明的创新点和新颖之处为：
1、充分发挥太阳能储热优势，利用不稳定的风电为储热装置补热，克服太阳能热发电和风电共有的不连续、不可控的缺陷。
2、利用太阳能热发电将低品质风电转换为高品质电力，同时有效延长发电时数，提高可再生能源的经济性、实用性、竞争性。
3、将大部分传热设备浸泡在高温熔盐溶液中，最大限度减少热损失，提高热效率。由于熔盐溶液不进入管道运行(低结晶点熔盐除外)，即使使用高结晶点熔盐，也可以保证储能系统安全运行。
4、精简设备总体数量，有益于降低装置制造成本。
5、提高了太阳能热发电技术的地域适应性，只要具备一定光照时数和具有一定风电装机规模的地区都可以采用这项技术实现能源自给。
6、创造了太阳能和风能同化石能源竞争的技术基础和条件。
附图说明
图1是本发明槽式太阳能和风能互补储能热发电装置示意图
其中：1、储热换热罐；2、列管或盘管换热器；3、列管或盘管蒸发器；4、电热器；5、温度平衡搅拌器；6、槽式太阳能聚光装置；7、动力发电机组；8、过热蒸发器；9、风力发电机
具体实施方式
1)储热换热罐设计成圆形体；或哑铃圆柱型体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列。
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式，利用熔盐作媒介实现热交换。
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的两端四个接口分别连接槽式太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器的相应接口，过热蒸发器对列管或盘管蒸发器产生的饱和蒸汽进一步加热。
4)电力加热器设置在储热换热罐体内或导热油储油罐内。如图1所示。
5)温度平衡搅拌器设置在储热换热罐体内；温度平衡搅拌叶轮平行或垂直设置在中、底部，平衡罐内熔盐温度。
6)储热换热罐内的列管或盘管换热器进出口分别连接过热蒸发器出口和槽式太阳能聚光阵列进口，完成太阳能热循环。
7)储热换热罐体内的过热蒸发器出口和列管或盘管蒸发器进口分别连接蒸汽郎肯循环动力机，或有机郎肯循环(0RC)动力机组进出口，或中低温斯特林热发电动力装置。
8)过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管，利用湍流换热原理提高换热效率。
9)储热介质为熔盐储热介质，熔盐在液态期间通过搅拌器可以加快实现罐内热平衡。
10)槽式太阳能聚光装置为雾化闪蒸DSG热发电装置，或以导热油、熔盐为传热工质的槽式太阳能热发电装置。
本发明同样适用于带熔盐储热装置的塔式、反射菲涅尔及碟式太阳能热发电装置。

Claims (4)

1.太阳能和风能互补储能热发电装置，由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、风电机组、电力加热器、动力发电机组组成，其特征在于：
1)储热换热罐为圆形体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列；
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式；
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的四个接口分别连接太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器以及动力发电机组相应接口；或将过热蒸发器设置在储热换热罐外；
4)温度平衡搅拌器平行或垂直设置在储热换热罐内；
5)风电机组通过动力电缆连接设置在储热换热罐内的电力加热器直接对熔盐加热；或通过动力电缆连接设置在导热油储油罐内的电力加热器直接对导热油加热；
6)列管或盘管换热器进出口分别连接过热蒸发器出口和槽式太阳能聚光装置进口；
7)过热蒸发器出口和列管或盘管蒸发器进口分别连接动力发电机组进出口。
2.根据权利要求1所述的太阳能和风能互补储能热发电装置，其特征在于：所述动力发电机组为蒸汽郎肯循环或有机郎肯循环动力机；或中低温斯特林热发电动力机。
3.根据权利要求1所述的太阳能和风能互补储能热发电装置，其特征在于：过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管。
4.根据权利要求1所述的太阳能和风能互补储能热发电装置，其特征在于：太阳能聚光装置为槽式、塔式、反射菲涅尔、碟式太阳能聚光装置，采用雾化水汽、或导热油、或熔盐为传热工质。
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