CN102606430B - 分体运行太阳能碟式聚光发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及 一种 分体运行太阳能碟式聚光发电系统，包括太阳能接收塔和、太阳能聚光镜、太阳能聚光镜俯仰角支撑轨道和方位角旋转轨道,其中方位角旋转轨道绕太阳能接收塔垂直轴心旋转运动，并倾斜固定有保证太阳能聚光镜沿集热塔上集热器水平轴俯仰旋转运动的支撑轨道，其特点是太阳能接收塔顶端通过塔心且由传热保温支撑管在塔的两侧对称布置太阳能集热器，太阳能集热器通过在塔上布置的俯仰及水平旋转驱动装置实现与反射镜聚光对应的双轴协同运行。本发明将反射镜聚光系统与集热换热系统的驱动分离式结构控制，解决了传统太阳能碟式集热器因无法使巨型反射镜面与安装在长焦距上且大体积，大重量的集热器和大流量的传热工质的输送问题。

Description

分体运行太阳能碟式聚光发电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚光发电系统，尤其涉及一种分体运行太阳能碟式聚光发电系统。

背景技术

当今世界上的太阳能集热器从聚光、集热、跟踪形式上大体上可分为三类聚光集热器：塔式、槽式、碟式，而随着太阳能在新能源领域的应用规模的不断扩大，对太阳能集热器的集热规模、集热温度、集热效率等都提出了更高的要求。现有的塔式、槽式结构的太阳能聚光集热器已不能满足市场发展的要求，就碟式结构的太阳能聚光集热器而言，其原有结构形式不改变，也很难推广应用，为此人们对改进碟式太阳能聚光集热器的结构进行了深入研究，例如。

公开号为CN101943143A的发明专利给出的一种《碟式太阳能热力发电机》，包括定日镜系统,聚光器、接收器,高温蓄热罐和工质相变发动机;定日镜系统实现对太阳的实时跟踪,聚光器将太阳光反射到接收器上,位于支架上的接收器吸收由聚光器反射来的高热流密度辐射能,并将其转化为工作流体的高温热能并储存在高温蓄热罐内的传热熔盐介质中,再利用高温熔盐介质加热工质相变发动机中的工质,驱动工质相变发动机转动,带动发电机发电,将热能转变为机械能。

公开号为CN 102135333A的发明专利申请给出的《一种碟式太阳能集热系统》，包括太阳能采集装置、热量吸收装置、自动跟踪装置、反射镜以及支架系统,太阳能采集装置、热量吸收装置、反射镜均安装在系统支架上,其特征在于在碟式太阳能集热系统旋转中心与碟式聚光镜主光轴的交点处设置有光路调节器,光路调节器包括平面反射镜,平面反射镜的方位角与碟式聚光镜的方位角保持一致,自动跟踪装置设有光路调节器自动跟踪装置,所述热量吸收装置采用螺旋形吸热管,螺旋形吸热管的表面涂有耐高温的太阳能选择性吸收涂层,热量吸收装置安装在系统支架的支架底座上。

公开号为CN102141301A的发明专利申请给出的一种《管腔一体化碟式太阳能热接收器》，采用吸热腔和换热管道一体化的结构,在圆柱腔体上开有两排细孔以形成气体的流通管道,换热气体在气道中高速流过并带走热量,两组气道经通气管分别与两个配气/集气盖相连,配气/集气盖在系统连续运行时轮流起到配气和集气的作用。吸热腔体进口处布置有环形漫反射体,底部布置有漫反射锥体,以减少吸热腔体的辐射热损失。

现有技术的太阳能碟式聚光发电系统的基本运行原理均是聚光镜与集热器固定在一起，通过一套可双轴运行的驱动及控制系统实现逐日跟踪聚光集热。这种传统的太阳能碟式聚光运行原理，看上起结构简单，但因其结构上的两大瓶颈，制约了它在单体大规模聚光集热方面的应用与发展，一是运动着的大面积的反射镜系统与大能量且大重量的集热器的大距离不遮光的固定连接很难；二是时刻逐日运行的集热器，要是将经其所获得的太阳能传导至于地面相对静止的应用装置上越大越不容易。而本发明人通过将反射镜跟踪聚光与集热器接收运行有机分离，在公开号为CN 201916137U的实用新型专利中也给出一种《单塔多碟式太阳能聚光发电装置》，包括一个太阳能塔和太阳能聚光镜组件构成,该太阳能聚光镜组件包括太阳能聚光镜、太阳能聚光镜俯仰角支撑轨道和方位角旋转轨道,方位角旋转轨道为圆形且水平设置并可旋转,方位角旋转轨道上倾斜固定着两个太阳能聚光镜俯仰旋转支撑轨道,太阳能聚光镜沿着太阳能聚光镜俯仰支撑轨道设置并围绕塔顶集热器俯仰旋转中心线做圆周移动,太阳能塔垂直设置在方位角旋转轨道的圆心部位,太阳能塔顶端上通过太阳能塔上旋转装置在水平方向上设置着传热保温管,传热保温管两外端通过塔心,对称布置着太阳能集热器。该单塔多碟式太阳能聚光发电装置也存在着以下不足。

一是该发电装置是采用经太阳能加热的高温空气与水换热产生蒸汽，然后通过庞大的蒸汽管网将其输送至蒸汽轮发电机组，在此过程中蒸汽管网系统会产生很大的疏水、温降等问题，尤其是在系统冷启动的时候。

二是此类太阳能发电装置多使用在太阳能DNI资源较好的沙漠地区，但此地区往往又极度缺水，所以真正推广起来是件很尴尬的事情。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的上述不足，通过提供一种碟式聚光、以塔式双侧集热的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，以解决太阳能大规模高温、高效集热的问题。本发明将反射镜和集热器部分从结构到驱动上全部分开。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是。

这种分体运行太阳能碟式聚光发电系统，包括一个太阳能接收塔和太阳能聚光镜组件。该太阳能聚光镜组件包括太阳能聚光镜、太阳能聚光镜俯仰角支撑轨道和方位角旋转轨道，所述太阳能接收塔垂直设置在方位角旋转轨道的圆心部位，方位角旋转轨道为水平设置并可绕太阳能接收塔垂直轴心旋转运动，方位角旋转轨道上倾斜固定着两个可以保证太阳能聚光镜沿集热塔上集热器水平轴俯仰旋转运动的支撑轨道，其特点是太阳能接收塔顶端通过塔心且由传热保温支撑管在塔的两侧对称布置两个太阳能集热器，所述太阳能集热器通过在塔上布置的俯仰及水平旋转驱动装置实现与反射镜聚光对应的双轴协同运行。

做为本发明的附加技术特征之一,该太阳能集热器与传热保温管内部相连通，传热保温管在塔中心汇合后向下与太阳能接收塔内的补燃式太阳能空气发电机组的高温加热腔相连通，高温加热腔分别连接着热电转换装置和一号蓄热器，一号蓄热器下端通过一号风机换向阀又分别连接着一号引风机和鼓风机。

做为本发明的附加技术特征之二，该太阳能聚光镜俯仰运行轨道和方位角运行轨道之间通过支撑桁架分别在集热塔两侧沿塔轴心线对称固定布置。

且，两条太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道为左右平行且下凹的同轴圆弧曲线结构。

且，太阳能反射镜沿太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道和方位角旋转轨道进行方位和俯仰双轴跟踪运动。

且,太阳能反光镜是由众多曲面或平板玻璃反射镜组件拼合而成的旋转抛物面，且按照聚光要求对称布置在太阳能接收塔的两侧。

且, 由两部分半面旋转抛物面反射镜构成的太阳能反光镜围绕聚光换热的太阳能接收塔根据太阳运行轨迹做双轴跟踪运行。

且, 太阳能接收塔顶部对称布置的太阳能集热器根据太阳运行轨迹通过集热器俯仰驱动装置做俯仰运行，太阳能集热器通过太阳能接收塔与反射镜方位角转动底盘连接并随其运行做方位角运行跟踪。

且,太阳能集热器的双轴跟踪与太阳能聚光镜的双轴跟踪的运行角速度对应相同且同步。

且, 太阳能接收塔的塔内垂直布置有一号蓄热器和二号蓄热器。一号蓄热器(18)和二号蓄热器（25）通过余热回热管网（8）连接，并通过其上布置的一号闸阀（27）和二号闸阀（28）在系统不同运行模式下开闭的对应关系实现吸、放热的协同工作。

且,太阳能接收塔顶部的两个太阳能集热器经中心管汇流后直接供给发电机组发电。

且，所述太阳能接收塔为钢或钢混结构，且与方位角转动底盘固定连接。与现有技术相比，本发明的有益效果是。

1.与原有的系统相比，由于减少了接收塔上集热器的方位角的跟踪装置，节省了成本，同时也提高了集热器与反射镜协同跟踪的同步精度。

2.用空气透平发电机替代蒸汽发生器置于塔上直接发电，既降低了热损，又提高了系统发电效率。

3.增加了余热回热管网和余热利用系统使太阳能热利用效率进一步提高。

4.底盘桁架采取方形非中心对称设计,钢结构用量进一步降低。

5.聚光镜按径向排列布置，使所用模具数量更少，制作成本减低。

6.取消了庞大的蒸汽输送管网系统，规避了原系统“毛细管网”现象，即一级蒸汽管因流量太小，管路太细而产生的热损大，运行不稳定的问题。

附图说明

图1为本发明分体运行太阳能碟式聚光发电系统的主视图。

图2为本发明分体运行太阳能碟式聚光发电系统的侧视图。

图3为本发明分体运行太阳能碟式聚光发电系统的俯视图。

图4为本发明分体运行太阳能碟式聚光发电系统的太阳能塔内部基本结构示意图。

图中标记。

1：太阳能接收塔。        2：太阳能集热器。

3：太阳能反射镜，        4：俯仰运行轨道支撑。

5：方位角旋转轨道，        6：俯仰角移动轨道。

7：方位角转动底盘，         8：余热回流管网。

9：集热输送管网，        10：集热器俯仰驱动装置。

11：动密封及回热转盘，     12：镶嵌式曲面光热转换体。

13：集热汇流管，           14：主管网闸阀。

15：补燃式空气发电机组，   16：补燃输入管网。

17：余热利用系统，         18：一号蓄热器。

19：一号风机换向阀，       20：一号引风机。

21：一号鼓风机，           22：二号引风机。

23：二号鼓风机，           24：二号风机换向阀。

25：二号蓄热器 ，          26：发电机组电力输出电缆。

27：一号闸阀，             28：二号闸阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明分体运行太阳能碟式聚光发电系统作进一步详细说明。

如图1—图3所示，这种分体运行太阳能碟式聚光发电系统，包括一个太阳能接收塔、太阳能聚光镜组件和可使聚光和集热能逐日运行的驱动及控制系统，所述太阳能聚光镜组件包括按抛物面形式布置的太阳能反射镜3、可保证太阳能反射镜俯仰运行的太阳能聚光镜俯仰角支撑轨道6和方位角运行轨道5，其中太阳能接收塔1垂直设置在方位角旋转轨道5的圆心部位，方位角旋转轨道5为沿水平方向圆周运行轨道并可绕太阳能接收塔垂直轴心旋转运动，方位角旋转轨道5上的太阳能接收塔两侧对称倾斜固定有两组弧形的太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6，太阳能聚光镜3沿着太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6移动，太阳能接收塔1顶端上通过太阳能接收塔上旋转装置10，在水平方向上设置有传热保温管9，太阳能接收塔1顶端通过塔心且由传热保温管9在塔的两侧对称布置两个太阳能集热器2，太阳能集热器2通过在太阳能接收塔上布置的俯仰旋转驱动装置10实现与反射镜3聚光对应的双轴协同运行。

如图1所示：每侧太阳能聚光镜的两条太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6为平行的下凹1/4圆曲线结构。

太阳能聚光镜3通过后面的支撑桁架和滑轮安装在太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6上，太阳能聚光镜3可实现沿着太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6运动，实现俯仰角运动功能。两条太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6为平行且同轴的下凹圆弧曲线结构。为降低制造成本，太阳能聚光镜3为由多块曲面或平板玻璃拼合而成的旋转抛物面。

太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道6下方设置有支撑轨道的支撑桁架4并与支撑固定方位角旋转底盘7连接在一起；方位角旋转底盘7是由水平定位和垂直运行两种作用形式共同组成。水平定位是布置在太阳能接收塔底座外壁上，以保证反射镜能以太阳能接收塔轴线为旋转中心，进而实现准确的水平聚光跟踪；垂直运行是根据力学结构设计需要通过布置在方位角运行支撑桁架底盘上的数十个滚轮在与他轴心线垂直的水泥地面上运行实现的。

如图3所示，太阳能接收塔1顶端水平设置的传热保温管线9除传热功能外，它还要悬挂固定旋转装置15？和太阳能集热器2并保证在旋转装置15的驱动下，太阳能集热器2工作时的开口与太阳能反射镜3的聚光焦点对应。

无论是布置在太阳能接收塔1顶部的太阳能集热器2的单轴跟踪还是反射镜沿轨道6和轨道5所做双轴跟踪，均由一套控制系统控制实现,并保证正常工作时太阳能反射镜3的单轴跟踪和太阳能集热器2的单轴跟踪的运行角速度相等且同步。

如图4所示，集热器2与动密封及回热转盘11连接，再通过集热器俯仰驱动装置10与集热输送管网连接。两侧的集热管网9经集热汇流管13与主管网闸阀14连接，主管网14下面连接补燃式空气发电机组15；补燃式空气发电机组15一端连接一号蓄能器18，另一端是发电机组电力输出电缆26，还有一个200多度的排空口与余热供暖或制冷系统17相连；从主管网14的旁路通过余热回热管网8连接有余热回热管网二号闸阀28和一号闸阀27，在余热回热管网二号闸阀28和一号闸阀27连接点的下方连接二号蓄能器25；余热回热管网8，另一端通过集热管网9连接到两个动密封及回热转盘11的中低温入风口处；蓄能器18和25下端都安装有鼓风机21或23和引风机20或22，它们通过风机换向阀19和24与蓄能器18和25连接。

白天在太阳DNI满足发电要求的条件下，经过滤的环境空气，受塔内一号引风机20和二号鼓风机23的一引一送，通过太阳能集热器2交换得到的太阳能热—1000多度的热空气，经传热保温管线9输送到太阳能空气透平发电机（补燃式空气发电机组）15的高温加热端。稍有热损的980°高温空气经与发电机中的压力空气换热，降为600°的次高温热空气，此能量在一号引风机20工作过程中被存储在一号蓄热器18中，在这种工作模式下，余热回流管网8上的二号闸阀28是关闭的。

而在夜晚或白天DNI不满足发电要求时，集热汇流管13上的主管网闸阀14和余热回流管网8中的一号闸阀27关闭，二号闸阀28打开，此时在一号鼓风机21和二号引风机22的共同作用下，原来存储在一号蓄热器中的热量（600°）进入到补燃式太阳能空气透平发电机15的高温加热端，经补燃输入管网16中的燃气补燃至980°左右，再经与发电机中的压力空气换热，降为600°的次高温热空气，在一号鼓风机21和二号引风机22工作时存储到二号蓄热器25中。

无论是在哪种发电运行模式下，补燃式太阳能空气透平发电机组15都能平稳发电，并同时还会产生200°左右的余热排出，本发明还可在太阳岛的末端连接一种热交换余热利用负载17，以提高太阳能的利用率。

所述太阳能接收塔1为砖混结构，也可以为钢结构。

所述动密封及回热转盘11是一个能够满足太阳能集热器2在逐日跟踪运行时，集热输送管网8和余热回流管网9在亚密封状态下的分别连通。

本发明的技术效果包括有。

1.通过将反射镜聚光系统与集热换热系统的驱动分离式结构控制，巧妙地解决了传统太阳能碟式集热器因无法使巨型反射镜面与安装在长焦距上且大体积，大重量的集热器和大流量的传热工质的输送问题。

2.可较为容易的实现大流量空气高温加热、换热、传热及直接用于发电。

3.聚光镜是由分片的平板或小玄高曲面玻璃反射镜组成，按径向布置，且三圈采用一种规格反射镜，在满足聚光要求的前提下，使得反射镜的制造成本大大降低；反射镜结构是在SMC复合材料为基体的背板上粘贴镀银玻璃反射镜而成，成型精度高，野外环境条件下使用变形量小。

太阳能集热器可以采用吸入空气的方式，使结构更加简捷。

太阳能集热器集热温度降低，输入能量增加。

且，管道内的总流量增加，热损降低，管道成本降低。

且，旋转连接点减少，高温动密封的解决成本大大降低。

另外，由于热风管线很短，系统启动时的暖管问题基本不存在。

Claims (8)

1.一种分体运行太阳能碟式聚光发电系统，包括一个太阳能接收塔、太阳能聚光镜组件和可使聚光和集热能逐日运行的驱动及控制系统，所述太阳能聚光镜组件包括按抛物面形式布置的太阳能聚光镜(3)、可保证太阳能聚光镜(3)俯仰运行的太阳能聚光镜俯仰角支撑轨道(6)和方位角运行轨道(5)，其特征在于太阳能接收塔(1)垂直设置在方位角运行轨道(5)的圆心部位，方位角运行轨道(5)为沿水平方向圆周运行轨道并可绕太阳能接收塔垂直轴心旋转运动，太阳能接收塔两侧对称倾斜设有两组弧形的太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道，太阳能俯仰运行支撑轨道（6）下方与支撑固定方位角旋转底盘（7）连接在一起，方位角旋转底盘（7）的通过滚轮在方位角运行轨道(5)上旋转运行，太阳能聚光镜(3)沿着太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道(6)移动，太阳能接收塔(1)顶端上通过太阳能接收塔上旋转装置(10)在水平方向上设置有传热保温管(9)，太阳能接收塔(1)顶端通过塔心且由传热保温管(9)在塔的两侧对称布置两个太阳能集热器(2)，太阳能集热器（2）通过太阳能接收塔（1）与反射镜方位角转动底盘连接并随其运行方位角运行跟踪，实现与反射镜聚光对应的俯仰角协同运行，所述太阳能集热器(2)与传热保温管(9)内部相连通，传热保温管(9)在塔中心汇合后向下与太阳能接收塔(1)内的补燃式太阳能空气发电机组的高温加热腔相连通，高温加热腔分别连接着热电转换装置和一号蓄热器(18)，一号蓄热器(18)下端通过一号风机换向阀（19）又分别连接着一号引风机(20)和鼓风机(21)。

2.根据权利要求1所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于太阳能聚光镜俯仰运行支撑轨道(6)和方位角运行轨道(5)之间通过支撑桁架（4)分别在接收塔两侧沿塔轴心线对称固定布置。

3.根据权利要求2所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于两条太阳能聚光镜俯仰运行的支撑轨道(6)为左右平行且下凹的同轴圆弧曲线结构。

4.根据权利要求1所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于所述太阳能聚光镜(3)是由众多曲面或平板玻璃反射镜组件拼合而成的旋转抛物面，且按照聚光要求对称布置在太阳能接收塔(1)的两侧。

5.根据权利要求4所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于由两部分半面旋转抛物面反射镜构成的太阳能聚光镜(3)围绕聚光换热的太阳能接收塔(1)根据太阳运行轨迹做双轴跟踪运行。

6.根据权利要求1所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于太阳能接收塔(1)的塔内垂直布置有一号蓄热器 (18)和二号蓄热器（25）, 一号蓄热器(18)和二号蓄热器（25）通过余热回热管网（8）连接，并通过其上布置的一号闸阀（27）和二号闸阀（28）在系统不同运行模式下开闭的对应关系实现吸、放热的协同工作。

7.根据权利要求1所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征是：太阳能接收塔(1)顶部的两个太阳能集热器(2)经中心管汇流后直接供给发电机组发电。

8.根据权利要求1所述的分体运行太阳能碟式聚光发电系统，其特征在于所述太阳能接收塔(1)为钢或钢混结构，且与方位角转动底盘（7）固定连接。