CN102996374A - 太阳能与风能互补型热、电联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能与风能互补型热电、联产系统，包括太阳能聚光热发电系统、风能发电加热系统及蒸汽蓄热供热系统；所述太阳能聚光热发电系统包括定日镜、吸热塔、吸热器、用于汽水分离的汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器及给水泵，所述蒸汽蓄热供热系统包括蒸汽蓄热罐、充热管道、放热管道及供汽供热管道等，所述蓄热罐下部为水、上部为饱和蒸汽，所述风能发电加热系统包括风电机组、输电线路和设于蓄热罐内部水位以下的电加热装置。该太阳能与风能互补型热、电联产系统，克服了太阳能及风能发电由于外界环境多变所引起的不可控、不连续的技术缺陷，实现了热电联产的目的，太阳能和风能的利用率高，达到环保型能源充分开发的目标。

Description

太阳能与风能互补型热、电联产系统

技术领域

本发明涉及一热、电联产系统，尤其涉及一种太阳能与风能互补型热、电联产系统。

 

背景技术

随着世界经济的快速发展和对能源消耗的过度需求，各国对新能源的开发及利用已变得刻不容缓，其中太阳能和风能作为清洁可再生能源，正日益受到世界各国的普遍重视。太阳能热发电技术作为太阳能利用的一种重要途径，由于其聚光倍数和热效率较高，非常适合大规模的开发和利用，但由于太阳辐射的波动性和间歇性，使其存在着不可控及不连续的技术缺陷，目前主要通过储热技术或是与常规燃料发电系统相结合对其进行调节和缓冲。对风能利用而言，风电技术和风电产业已十分成熟，在世界范围内业已取得广泛的应用与发展，但风能和太阳能相似，作为一种自然资源，必然受到自然条件的限制，其品质和稳定性较火电要差，再者由于其电网调度和控制难度大，导致电网企业不愿意使用风电，普遍出现弃风现象。

通过对太阳能和风能的研究，人们发现两者间具有很强的互补性，比如，白天太阳能充足，晚上风能充足，夏天太阳能充足，冬天则风能充足，特别是在我国西北和华北地区，冬春两季风力大，夏秋两季则太阳能辐射强，因此相关研究机构或企业已开始风光互补利用技术的研究。

例如：申请号为200510006649.5、公开号为CN1804501，发明名称为“一种太阳能和风能的综合利用系统”的发明专利，其公开了一种将太阳能和风能转换成热能进行利用的系统，由太阳能集热器、风力机带动的泵、电动机带动的循环泵、热交换器、连接管线和系统内的循环工质构成一个循环——太阳能和风能的收集转换系统，循环内的循环工质在风力机带动的泵或电动机带动的循环泵的作用下在系统内流动，太阳能集热器吸收的太阳能和风力机通过泵把机械能转化为热能使循环内流体的温度升高，通过热交换器输出热量。该发明的目的是提供一种可用于供应家庭生活热水、低品位热能驱动的制冷装置、供暖等领域的太阳能和风能的综合利用系统。但是，这种对太阳能和风能的利用属于低品位，低效率能量利用，转化率太低，得不到大规模的应用。

另外，申请号为200910238079.0，公开号为CN102062052A，发明名称为“风光互补的储能与发电一体化系统及流程”，其公开了一种风光互补的储能与发电一体化系统及流程，包括风力发电子系统、太阳能储热子系统、液化空气子系统和动力子系统，该流程是太阳能通过集热器聚集为热能，并储存到蓄热介质中，风能转换为电能，用风电去液化空气，将风电储存到液态空气中。需要电力时，将液态空气增压后并回收其冷能提供给空气液化过程，然后再被储存太阳能的高温蓄热介质加热，得高温高压空气，最后到多级再热透平中膨胀做功。本发明回收液态空气冷能，降低了空气液化耗功；用泵提升工质压力，降低了工质压缩耗功；透平排气用回热，有效利用热能；用太阳能加热透平进口工质，提升透平膨胀效率；实现风能与太阳能互补利用，储能与发电的一体化，应用前景广阔。该系统流程复杂，涉及储热换热介质较多，能量传递过程中容易损失。

另外，如申请号200920220337.8，公开号为CN201513205U，发明名称为“一种风能、太阳能和生物质能综合利用的发电装置”的实用新型专利，将槽式太阳能热发电系统与生物质锅炉和风能电加热管路连通，实现太阳能与风能及生物质能的互补发电。该技术并没有充分利用太阳能热发电的储热功能，对于太阳能和风能的利用率较低。

综上所述，目前，太阳能和风能的利用率均不高，还未达到环保型能源充分开发的目标。

 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种太阳能与风能互补型热、电联产系统，解决目前对于太阳能和风能这两种环保型能源利用率低的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种太阳能与风能互补型热、电联产系统，包括太阳能聚光热发电系统、风能发电加热系统及蒸汽蓄热供热系统；所述太阳能聚光热发电系统包括定日镜、吸热塔、吸热器、用于汽水分离的汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器及给水泵；所述蒸汽蓄热供热系统包括蒸汽蓄热罐、充热管道、放热管道及供汽供热管道，所述蓄热罐下部为水、上部为饱和蒸汽；所述风能发电加热系统包括风电机组、输电线路和设于蓄热罐内部水位以下的电加热装置；所述风电机组通过输电线路与蓄热罐内的电加热装置相连；所述汽包通过主蒸汽管道与汽轮机的进口端相连，汽轮机与发电机相连，汽轮机做功带动发电机发电，汽轮机做功后的主蒸汽经由凝结水管道进入冷凝器，冷凝器的出口端连接除氧器，除氧器设于与吸热器相连的主给水管道上，除氧器后的主给水管道上设有给水泵；位于除氧器和给水泵之间的主给水管道上接有带补水泵的蓄热器补水管道，蓄热器补水管道与蓄热罐相连；汽包出口的主蒸汽管道上接带阀门的充热管道和放热管道，充热管道和放热管道分别与蓄热罐相连。

作为一种优选方式，还包括一主补水管道，主补水管道通过主补水泵与除氧器和冷凝器之间的给水管道相连。

作为一种优选方式，定日镜设于地面，定日镜反射太阳光并聚焦于吸热器中，加热吸热器中的水工质。

作为一种优选方式，所述吸热器位于吸热塔顶部，汽包设于吸热器顶部。

作为一种优选方式，所述吸热器为腔式吸热器或者外放式吸热器。

作为一种优选方式，所述供热供汽管道上设止回阀和调节阀，调节阀后方管路分为若干用汽支管，用汽支管上设有支管调节阀和减压阀，以满足不同用户蒸汽参数要求。

本发明系统部件的作用及实现原理如下：

太阳能聚光热发电系统：采用塔式聚光吸热技术，工作介质为水/蒸汽。晴天时太阳辐射较强，吸热器产生过量的饱和蒸汽，除满足汽机正常做功外，多余的蒸汽经由充热管道送入蓄热罐进行储存，当有乌云遮挡等瞬态天气变化时，储存于蓄热罐中的蒸汽则通过放热管道与主蒸汽混合，以维持汽机稳定的汽源。

蓄热罐：利用水的蓄热功能，将热能以饱和水形式储存，当罐内压力降低时，饱和水会立即沸腾蒸发产生饱和蒸汽，对外供汽。 

风能发电加热系统：风能不用于直接发电，而是用于储热，将不稳定，品质较低的风能转化为热能实现储存，避免其直接上网对电网带来的严重冲击；不论白天或晚上，只要有风，风电机组都可以产生电能用于储热。

蒸汽蓄热供热系统：其主要作用一是防止发电机组汽源波动，保证机组稳定发电，二是将风能转化为热能进行储存，用于厂内供汽或周边地区的供热；蒸汽蓄热供热系统以蒸汽形式对外供汽或供热，由于存在着工质输出，蓄热罐中的水位必定会随之下降，因此系统设置有补水管道及补水泵以维持蓄热罐中的正常工作水位；对于蒸汽蓄热供热系统，白天即可满足发电用汽需求，也可用于供热，晚上则主要用于供热，同时也可作为第二天机组的启动用汽。对于太阳能聚光热发电系统和风能发电加热系统，由于蒸汽蓄热供热系统的设置，使两者即可以单独运行，又可以联合运行。

补水管道及补水泵：补充系统由于在换热时的汽水损失，冷却蒸发、风吹及排污等耗水。

综上所述，在本发明太阳能与风能互补型热、电联产系统中，太阳能主要用于加热传热工质，产生高温高压蒸汽驱动汽轮机组发电；风能通过风电机组、电加热装置转化为热能储存于蒸汽蓄热罐中；蒸汽蓄热罐的设置用于克服太阳辐射变化对发电机组汽源造成的波动，保证机组的稳定发电，有效地利用风电用于供热，从而避免不稳定风电上网对电网造成的严重冲击，使得太阳能和风能两种可再生能源得到有效、合理的互补利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该太阳能与风能互补型热、电联产系统，将太阳能和风能两种清洁可再生的自然能源有效结合起来，克服了太阳能及风能发电由于外界环境多变所引起的不可控、不连续的技术缺陷，使其取长补短，互相补偿，同时将品质较低的风能转化为热能储存起来，在充分满足稳定发电需求的前提下又用于供热，实现了热电联产的目的，太阳能和风能的利用率高，达到环保型能源充分开发的目标。

 

附图说明

图1是本发明的模块示意图；

图2是本发明的结构示意图。

其中：1-定日镜，  2-吸热塔，  3-吸热器，  4-汽包，  5-汽轮机，  6-发电机，7-凝汽器，  8-除氧器，  9-给水泵，  10-蒸汽蓄热罐，  11-风电机组，  12-蓄热器补水泵，  13-主补水泵，  14-调节阀，  15-止回阀，  16-减压阀，  17-给水管道，  18-主蒸汽管道，  19-充热管道，  20-放热管道，  21-蓄热器补水管道，  22-凝结水管道，  23-主补水管道，  24-供汽供热管道，  25-输电线路，  26-电加热装置。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图1所示，该太阳能与风能互补型热、电联产系统包括太阳能聚光热发电系统、风能发电加热系统及蒸汽蓄热供热系统，其具体结构和实现原理如下：

如图2所示，太阳能聚光热发电系统采用塔式聚光吸热技术，工作介质为水/蒸汽。其包括定日镜1、吸热塔2、吸热器3、用于汽水分离的汽包4、汽轮机5、发电机6、冷凝器7、除氧器8及给水泵9。所述吸热器3设于吸热塔2顶部，吸热器3顶部设置有汽包4用于汽水分离，定日镜1反射太阳光并聚焦后加热吸热器3中的水工质，水工质在加热作用下部分变为高温高压蒸汽，通过汽包4分离后经由主蒸汽管道18送入汽轮机5中做功，从而带动发电机6发电。

其中，所述吸热器3为腔式吸热器或者外放式吸热器，吸热器产生的主蒸汽为饱和参数或过热参数蒸汽，一部分用于发电，一部分用于储热。 

所述汽包4通过主蒸汽管道18与汽轮机5的进口端相连，汽轮机5与发电机6相连，汽轮机5做功带动发电机6发电，做功后的蒸汽经由凝结水管道22进入冷凝器7，冷凝器7的出口端连接除氧器8，除氧器8设于与吸热器3相连的主给水管道17上，除氧器8后的主给水管道17上设有给水泵9。吸热器产生的蒸汽为一定压力下的饱和蒸汽，饱和蒸汽在汽轮机中做完功后排入冷凝器进行降温减压变为凝洁水，凝洁水在通过除氧器除氧后，再由主给水管道加压送入吸热器中实现循环利用。

如图2所示，所述风能发电加热系统包括风电机组11、输电线路25和设于蓄热罐10内部水位以下的电加热装置26，所述风电机组11通过输电线路25与蓄热罐10内的电加热装置26相连。风电机组在风力作用下产生电能，其后通过电加热装置对蓄热罐中的水工质进行加热，将不稳定、品质较低的风能转化为热能实现储存。

如图2所示，所述蒸汽蓄热供热系统包括蒸汽蓄热罐10、充热管道19、放热管道20、蓄热器补水管道21及供汽供热管道24，所述蓄热罐10下部为水、上部为饱和蒸汽。吸热器产生的部分高温高压蒸汽通过充热管道充入罐内和风电加热装置一起对罐内水工质进行加热，从而将热能或电能传递给水，使罐内水的温度和压力升高，形成具有一定压力的饱和水，当罐内压力降低时，饱和水立即沸腾蒸发产生饱和蒸汽，用于对外供汽。

位于除氧器8和给水泵9之间的主给水管道17上接有带蓄热器补水泵12的蓄热器补水管道21，蓄热器补水管道21与蓄热罐10的相连；主蒸汽管道18靠近汽包4的一端接有带阀门的充热管道19和放热管道20，并分别与蓄热罐10实现连接。蒸汽蓄热罐经补水管道同除氧器及给水泵间的主给水管道相连接，部分给水通过补水泵升压后送入蓄热罐中，用于维持蓄热罐中的正常工作水位；补水管道设置在除氧器后的主要原因是可以直接利用发电系统的除氧设备，而无需另外添加相关设备，节约成本。

蓄热罐10连接有带调节阀14和止回阀15的供热供汽管道24，调节阀后方管路分为若干用汽支管，在用汽支管上设支管调节阀和减压阀16。供汽供热管道经调节阀进行流量调节及减压阀减压调节后送入各支路管道，以满足厂内用汽和周边地区工厂/企业用汽或居民用汽的各种要求。

另外，系统还包括一主补水管道23，主补水管道23通过主补水泵13与除氧器8和冷凝器7之间的主给水管道17相连。该补水管道属于太阳能聚光热发电系统，采用外部加入除盐水的方法，除盐水经补水泵送入除氧器前的主凝结水管道，以实现对系统换热的汽水损失、冷却蒸发、风吹及排污等耗水的补充。

晴天时，太阳辐射较强，吸热器产生过量的饱和蒸汽，除满足汽机正常做功外，多余的蒸汽经由充热管道送入蓄热罐进行储存，当有乌云遮挡等瞬态天气变化时，储存于蓄热罐中的蒸汽则通过放热管道与主蒸汽混合，以维持汽机稳定的汽源。蒸汽蓄热罐的数量及容积根据电站规模及供热需求进行设置，可为一个也可为多个。

不论白天或晚上，只要有风，风电机组都可以产生电能用于储热；无法被电网消纳的风电用于加热储热介质，通过电加热装置将不稳定的、低品质的电能转化为热能实现储存，避免风电直接上网对电网造成冲击或调峰时无法消纳造成的资源浪费。

该系统中太阳能主要用于发电，风能主要用于供热，通过设置蒸汽蓄热器使两者得到了有效的，合理的互补利用，并实现了热电联产的目的；并且，通过对阀门的控制，对于太阳能聚光热发电系统和风能发电加热系统，两者即可以单独运行，又可以联合运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：包括太阳能聚光热发电系统、风能发电加热系统及蒸汽蓄热供热系统；所述太阳能聚光热发电系统包括定日镜（1）、吸热塔（2）、吸热器（3）、用于汽水分离的汽包（4）、汽轮机（5）、发电机（6）、凝汽器（7）、除氧器（8）及给水泵（9）；所述蒸汽蓄热供热系统包括蒸汽蓄热罐（10）、充热管道（19）、放热管道（20）及供汽供热管道（24），所述蓄热罐（10）下部为水、上部为饱和蒸汽；所述风能发电加热系统包括风电机组（11）、输电线路（25）和设于蓄热罐（10）内部水位以下的电加热装置（26）；所述风电机组（11）通过输电线路（25）与蓄热罐（10）内的电加热装置（26）相连；所述汽包（4）通过主蒸汽管道（18）与汽轮机（5）的进口端相连，汽轮机（5）与发电机相连，汽轮机（5）做功带动发电机（6）发电，汽轮机（5）做功后的主蒸汽经由凝结水管道（22）进入冷凝器（7），冷凝器（7）的出口端连接除氧器（8），除氧器（8）设于与吸热器（3）相连的主给水管道（17）上，除氧器（8）后的主给水管道（17）上设给水泵（9）；位于除氧器（8）和给水泵（9）之间的主给水管道（17）上接有带补水泵（12）的蓄热器补水管道（21），蓄热器补水管道（21）与蓄热罐（10）相连；汽包（4）出口的主蒸汽管道（18）上接带阀门的充热管道（19）和放热管道（20），充热管道（19）和放热管道（20）分别与蓄热罐（10）相连。

2.如权利要求1所述的太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：还包括一主补水管道（23），主补水管道（23）通过主补水泵（13）与除氧器（8）和冷凝器（7）之间的给水管道（17）相连。

3.如权利要求1或2所述的太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：定日镜（1）设于地面，定日镜（1）反射太阳光并聚焦于吸热器（3）中。

4.如权利要求3所述的太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：所述吸热器（3）位于吸热塔（2）顶部，汽包（4）设于吸热器（3）顶部。

5.如权利要求1所述的太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：所述吸热器（3）为腔式吸热器或者外放式吸热器。

6.如权利要求1所述的太阳能与风能互补型热、电联产系统，其特征在于：所述供热供汽管道（24）上设止回阀（15）和调节阀（14），调节阀后方管路分为若干用汽支管，用汽支管上设有支管调节阀和减压阀（16）。

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