CN103174612A - 太阳能换热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能换热发电系统，其包括太阳能聚光系统、集热器、锅炉、换热器以及发电装置，太阳能聚光系统将太阳光反射后集中到集热器中，光能转化为热能被储热介质储存、备用，根据需要将储热介质的热能传输至锅炉中，发电装置包括主系统和子系统，主系统包括高温汽化剂、发电机组和换热器，子系统包括低温汽化剂和发电机组，高温汽化剂在锅炉中被加热产生蒸汽推动发电机组发电，高温汽化剂蒸汽发电后，经管路穿过换热器，经换热降温得以液化再利用；低温汽化剂在换热器中被穿过换热器的高温汽化剂蒸汽加热，产生蒸汽推动发电机组发电。本发明能够提高热资源利用效率，可综合、灵活考虑混合多种汽化液，实现多级换热、汽化发电。

Description

太阳能换热发电系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能换热发电系统，广泛应用于太阳能热发电、太阳能空调、取暖、热水等领域。
背景技术
太阳能资源十分丰富，太阳辐射到地球的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，太阳辐照1.5小时就等于世界1年的总能耗，也相当于世界目前发电总量的8万倍。虽然太阳能资源丰富，是可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广的清洁能源，而且免费使用，无需运输，对环境无任何污染。
光热发电的低碳环保效益很高，具有绝对的环境生态优势，是最绿色的发电技术。年日照时数大于2000小时、辐射总量高于5000MJ/cm2·年的地区属于太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积占全国总面积2/3以上，日照充足，具有利用太阳能的良好条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现多级换热、多级汽化发电、充分利用能源的太阳能换热发电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种太阳能换热发电系统，其包括太阳能聚光系统、集热器、锅炉以及发电装置，太阳能聚光系统包括至少一个聚光镜，所述聚光镜将太阳光反射后集中到所述集热器中，太阳能储热介质将热能传输至锅炉中：
所述发电装置包括发电主系统和发电子系统，所述发电主系统包括高温汽化剂、第一发电机组和换热器，所述发电子系统包括低温汽化剂和第二发电机组，所述高温汽化剂在所述锅炉中被加热产生蒸汽推动第一发电机组发电，所述换热器中设有容纳低温汽化剂的低温介质容腔，并且换热器中还设有穿过所述低温介质容腔的高温介质管路，所述高温汽化剂的蒸汽流经所述高温介质管路，并将所述低温汽化剂加热产生蒸汽推动第二发电机组发电。
优选的，所述高温汽化剂包括沸点在70℃以上的液体。
优选的，所述低温汽化剂包括沸点在70℃以下的液体。
优选的，所述高温汽化剂的蒸汽经过所述换热器，被所述低温汽化剂冷却。
优选的，所述换热器和锅炉之间设有将冷却后的高温汽化剂回流的第一高压泵，所述第二发电机组和换热器之间设有将低温汽化剂的蒸汽冷却液化回流的第二高压泵。
优选的，所述换热器中设有用于检测所述低温汽化剂温度的探温自动控制系统，并且所述锅炉与换热器之间设有传输高温汽化剂的补热介质入管和补热介质出管，所述补热介质入管和补热介质出管与换热器内部的补热管路或高温储热介质管路相连。
优选的，所述换热器中设有用于检测所述低温汽化剂温度的探温控制系统，并且所述集热器与换热器之间设有传输储热材料高温汽化剂的补热介质入管和补热介质出管，所述补热介质入管和补热介质出管与换热器内部的补热管路或高温介质管路相连。
优选的，所述太阳能聚光系统包括多个聚光镜组成的镜阵。
为了节约投资成本，提高热资源利用效率，本发明可综合、灵活考虑采用单一或混合多种汽化液，实现多级换热、汽化发电的系统，热能高效转化为电能，同时，能够解决在恶劣气候、环境下安全长周期运行问题。特别是冬季气温较低，而太阳能资源又是最丰富的地区，如西藏西部、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部等，低温发电技术为彻底解决这些欠发达地区的能源需求，并加速其提供了有力的保障。
附图说明
图1为本发明的太阳能换热发电系统的第一实施方式示意图；
图2为本发明的太阳能换热发电系统的第二实施方式示意图。
附图标记：1-太阳能聚光系统；2-集热器；3-锅炉；4-高温汽化剂蒸汽发电机组；5-换热器；50-高温介质管路；51-低温介质腔室；52-高温介质入口；53-高温介质出口；54-低温介质出口；55-低温介质入口；6-第一高压泵；7-低温蒸汽发电机组；8-第二高压泵；9-补热管路；90-补热介质入管；91-补热介质出管；92-第三高压泵。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明的太阳能换热发电系统包括太阳能聚光系统1、集热器2、锅炉3和发电装置，所述发电装置包括发电主系统和发电子系统。主系统包括高温汽化剂、高温蒸汽发电机组4、换热器5、第一高压泵6，子系统包括低温汽化剂、低温蒸汽发电机7以及第二高压泵8。本发明所说的高温和低温为二者相对而言。
所述太阳能聚光系统1包括有一个或多个聚光镜，聚光镜可以将太阳光反射后集中到集热器2，将集热器2中的储热材料加热，从而由光能转化为热能，被储热介质储存、备用，根据需要将储热介质的热能传输至锅炉中，被加热后的储热材料进入锅炉3后，将锅炉3中的高温汽化剂加热并产生高温蒸汽，锅炉3中产生的高温蒸汽推动高温发电机组4发电，经过所述高温发电机组4的高温蒸汽通过高温介质入口52进入换热器5的高温介质管路50中，经低温汽化剂冷却后变为液体自高温介质出口53、第一高压泵6回流至锅炉3中，从而高温汽化剂蒸汽经换热降温得以液化再利用。
上述太阳能发电系统为本发明的换热主系统，下面将介绍换热子系统。在所述换热器5的内部，高温介质管路50的外侧为低温介质腔室51，内装有低温汽化剂，当高温汽化剂蒸汽进入高温介质管路50后，低温汽化剂将被该管路50加热，从而产生低温蒸汽，低温蒸汽经低温介质出口54传输至低温发电机组7，推动低温发电机组7发电。发电后的低温蒸汽经空气冷却回流至低温汽化剂回收容器，或直接水冷后由第二高压泵5传输回所述换热器5中。
以上所述的太阳能换热发电系统是在非高温地带的发电方法，当上述太阳能换热发电系统处于高温地带时，如地面温度可达60℃以上的沙漠，此时外界气温高于蒸汽生成剂汽化点时，可停止高温汽化剂蒸汽系统，换热器5内的低温介质腔室51中的低温汽化剂经换热器5外壁直接从空气获得热能而被汽化，从而推动低温发电机组7发电。发电后，经高空冷却回流至地面，或直接水冷，聚集至回收容器，再经第二高压泵8注入换热器5循环使用。
在本发明实施方式中，所述高温汽化剂为沸点在70℃以上的液体，所述低温汽化剂为沸点在70℃以下的液体，通常，会选用高温汽化剂的沸点在70℃～100℃的液体，例如水、乙醇、庚烷等；低温汽化剂会选用沸点在10℃～70℃的液体，例如二硫化碳、戊烷、甲醇等低温处于液态的物质。也有可能在寒冷地区选用低温汽化剂的沸点在10℃以下的液体，例如丁烷等；或者在特殊情况选用高温汽化剂的沸点在100℃以上的液体，例如辛烷等。
在本发明其它实施方式中，高温汽化剂和低温汽化剂也可采用其他的范围，只要二者相对来说，一个属于高温汽化剂、另一个属于低温汽化剂即可实现，当然也可采用多种汽化剂混合的方式来实现。
在本发明实施方式中，所述锅炉3与换热器5之间增设有补热介质入管90和补热介质出管91，二者的一端与锅炉3连通，另一端与高温介质管路50的高温介质入口52和高温介质出口53连通，并且所述低温介质腔室51内设有探温控制系统(未图示)，当高温汽化剂蒸汽热能不足以将低温汽化剂汽化发电需要，需补热汽化时，所述探温控制系统将自动启动，打开补热介质入管90的阀门(未图示)，通过第三高压泵92将锅炉3中的补热介质(或高温汽化剂蒸汽)传输至高温介质管路50中，补换热后，经过补热介质出管91回流至锅炉3中。在其它实施方式中，也可在换热器5中增设一个补热管路用于流通高温汽化剂进行补热。或者直接使用高温汽化剂蒸汽用于补热，当低温汽化剂不足以产生蒸汽时，可打开阀门，将高温汽化剂蒸汽传输至补热介质入管90中进行补热。
图2所示为本发明太阳能换热发电系统的另一实施方式。与上一实施方式的区别点为：在换热器5中增设一个补热管路9，补热介质入管90和补热介质出管91的一端与补热管路9相连，另一端与集热器2中的储热材料相连，当高温汽化剂蒸汽热能不足以低温汽化剂汽化发电需要，需补热汽化，所述探温控制系统将自动启动，打开补热介质入管90的阀门，通过第三高压泵92将集热器2中的储热材料传输至补热管路9中，补换热后储热材料经补热介质出管91回流至集热器2中。在其他实施方式中，补热介质入管90和补热介质出管91也可直接与高温介质管路50相连，此时，集热器2中的储热材料与锅炉3中的高温汽化剂材质需相同。
本发明的太阳能换热发电系统具有多种汽化剂，混合工艺联合汽化发电：各种汽化剂都在地面高温空气中预热、换热。例如：汽化温度在10-70℃的低温汽化剂直接从50-80℃的空气中换热、汽化，发电；汽化温度在80℃以上的高温汽化剂，也可做集热器2中的储存热能材料，当气温下降至40℃以下时，高温汽化剂供热给汽化温度在40-70℃的低温汽化剂预热、汽化、发电，或直接由太阳能聚光系统将高温汽化剂补热到80℃以上，实现高温汽化发电。发电完的高温蒸汽，经低温汽化剂(汽化温度低于70℃以下的)换热冷却，得以液化，再循环利用。同时，低温汽化剂从换热中得到热能汽化后，将直接发电，经空气冷却、液化后，再循环使用。
在非高温地带或低温季节(如：气温低于45℃)，先将汽化温度在80℃以上的高温汽化剂，从集热器2换热得以汽化、发电后，经低温汽化剂(汽化温度低于70℃以下的)换热冷却，得以液化，再循环利用。同时，低温汽化剂从换热中得以汽化后，推动低温发电机组7直接发电，经空气冷却、液化后，再循环使用；或者，直接就都使用低温汽化剂汽化发电。
所述高温蒸汽发电机组4和低温蒸汽发电机组7为螺杆膨胀发电机组或低温烟气轮发电机组。
本发明是一种能够应用在日照充足的高温沙漠或寒冷地区，实现多级换热、多级汽化发电的太阳能换热发电系统。
以上所述，仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。

Claims (8)

1.一种太阳能换热发电系统，其包括太阳能聚光系统(1)、集热器(2)、锅炉(3)以及发电装置，太阳能聚光系统(1)包括至少一个聚光镜，所述聚光镜将太阳光反射后集中到所述集热器(2)中，太阳能储热介质将热能传输至锅炉(3)中，其特征在于，包括：
所述发电装置包括发电主系统和发电子系统，所述发电主系统包括高温汽化剂、第一发电机组(4)和换热器(5)，所述发电子系统包括低温汽化剂和第二发电机组(7)，所述高温汽化剂在所述锅炉中被加热产生蒸汽推动第一发电机组(4)发电，所述换热器(5)中设有容纳低温汽化剂的低温介质容腔(51)，并且换热器(5)中还设有穿过所述低温介质容腔(51)的高温介质管路(50)，所述高温汽化剂的蒸汽流经所述高温介质管路(50)，并将所述低温汽化剂加热产生蒸汽推动第二发电机组(7)发电。
2.如权利要求1所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述高温汽化剂包括沸点在70℃以上的液体。
3.如权利要求2所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述低温汽化剂包括沸点在70℃以下的液体。
4.如权利要求3所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述高温汽化剂的蒸汽经过所述换热器(5)，被所述低温汽化剂冷却。
5.如权利要求1所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述换热器(5)和锅炉(3)之间设有将冷却后的高温汽化剂回流的第一高压泵，所述第二发电机组(7)和换热器(5)之间设有将低温汽化剂的蒸汽冷却液化回流的第二高压泵。
6.如权利要求1所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述换热器(5)中设有用于检测所述低温汽化剂温度的探温自动控制系统，并且所述锅炉(3)与换热器(5)之间设有传输高温汽化剂的补热介质入管(90)和补热介质出管(91)，所述补热介质入管(90)和补热介质出管(91)与换热器(5)内部的补热管路或高温储热介质管路(50)相连。
7.如权利要求1所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述换热器(5)中设有用于检测所述低温汽化剂温度的探温控制系统，并且所述集热器(2)与换热器(5)之间设有传输储热材料的补热介质入管(90)和补热介质出管(91)，所述补热介质入管(90)和补热介质出管(91)与换热器(5)内部的补热管路(9)或高温介质管路(50)相连。
8.如权利要求1所述的太阳能换热发电系统，其特征在于：所述太阳能聚光系统包括多个聚光镜组成的镜阵。
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