CN103233785B - 一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，包括相互连接的太阳能聚光集热系统、汽轮发电系统及沼气加热系统；所述太阳能聚光集热系统主要由相互连接的太阳能集热场和蒸汽发生子系统组成；所述沼气加热系统主要由沼气发生子系统和沼气锅炉组成；所述太阳能聚光集热系统与沼气加热系统产生的热能,用以加热所述汽轮发电系统需要的蒸汽。本发明的发电效率高，可靠性强，可实现太阳能和生物质能利用的最大化。

Description

一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统

技术领域

本发明涉及一种联合发电系统，尤其涉及一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，属于太阳能CSP（聚光太阳能发电）中高温发电领域。

背景技术

CSP——聚光太阳能发电，通常又叫做太阳能热发电，与传统发电站不一样的是，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽从而驱动蒸汽轮机发电。当前太阳能热发电按照太阳能的采集方式不同可划分为：太阳能槽式发电、太阳能塔式热发电及太阳能蝶式热发电，在这三种系统中，目前只有槽式太阳能热发电系统实现了商业化。

槽式太阳能热发电全称为“槽式抛物面聚光太阳能热发电”，其装置是借助槽式抛物面反光镜将太阳光反射并聚焦到集热管上，加热集热管中的载热工质，管中载热工质通过蒸汽发生系统将水加热呈水蒸汽，从而驱动汽轮发电机组发电的清洁能源利用装置。槽式太阳能热发电系统主要包括以下五个子系统：

1、集热子系统，它是整个发电系统的核心，由槽式抛物面反光镜、接收器和跟踪装置构成，其中，热接收器采用真空管式，跟踪方式采用一维跟踪，南北布置方式。

2、蒸汽发生子系统，由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成，接收器中的载热工质被加热后，进入蒸汽发生子系统中产生过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮发电子系统发电。

3、发电子系统，基本组成与常规发电设备类似，但需要配置一种专用的控制装置，用于太阳能加热系统与辅助能源系统之间的切换，或用于太阳能加热系统与辅助能源加热系统混合工作。

4、储热子系统，在夜间情况下，太阳能热发电系统可以依靠热储能系统储存的能量维持系统正常运行一定的时间。

5、辅助能源子系统，在夜间、阴天或者其他无太阳光照射的情况下，可以采用辅助能源系统供热。

然而，现有的槽式太阳能热发电系统中的载热工质仅能加热至390℃左右，产生的蒸汽温度为370℃左右，发电子系统热效率较低；此外，太阳能光电发热系统的成本相对较高，且太阳能所具有的低密度、间歇性及空间分布的不断变化往往会影响太阳能热发电系统的可靠性，因此，提高发电系统的效率，选择合适的辅助能源非常重要，若选择不合理，会增加系统的运行成本，并将影响其实际的推广与应用。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，以提高发电系统的发电效率，增强系统的可靠性，实现能量的高效利用。

本发明所采用的技术方案为：

一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，包括相互连接的太阳能聚光集热系统、汽轮发电系统及沼气加热系统；所述太阳能聚光集热系统主要由相互连接的太阳能集热场和蒸汽发生子系统组成；所述沼气加热系统主要由沼气发生子系统和沼气锅炉组成；所述太阳能聚光集热系统与沼气加热系统产生的热能,用以加热所述汽轮发电系统需要的蒸汽。

所述蒸汽发生子系统包括依次连接的过热器、蒸汽发生器和预热器；所述太阳能集热场通过载热工质供给管路与所述过热器的入口端相连接；所述太阳能集热场通过载热工质回送管路与所述预热器的出口端相连接；所述载热工质供给管路、载热工质回送管路及太阳能集热场内均充注有载热工质。

所述沼气发生子系统包括沼气发生器，所述沼气发生器通过沼气供给管路与上述沼气锅炉相连接；所述沼气锅炉通过第一蒸汽供给管路与上述过热器相连接，所述沼气锅炉可对来自上述蒸汽发生子系统的蒸汽进行再加热。

所述汽轮发电系统包括汽轮发电机组和凝汽器，所述凝汽器通过第二循环水回送管路与上述沼气锅炉相连接，所述汽轮发电机组包括汽轮机组和发电机组，所述汽轮机组为凝汽式汽轮机组，所述沼气锅炉分别通过第二、第三蒸汽供给管路与所述汽轮机组相连接；所述汽轮机组可将来自所述太阳能聚光集热系统与沼气加热系统的蒸汽的热能转换为旋转式机械能，所述发电机组可借助所述汽轮机组输出的旋转式机械能发电。

所述汽轮发电机组通过凝汽输送管路与所述沼气发生器相连接，所述沼气发生器通过第一凝结水输送管路与所述凝汽器相连接，所述凝汽器还通过第二凝结水输送管路及凝结水回送管路与所述沼气发生器相连接；所述凝汽器通过第一循环水回送管路与预热器相连接。

所述第一蒸汽供给管路上设置有第一电动阀，所述第二循环水回送管路上设置有第二电动阀，所述沼气供给管路上设置有第三电动阀。

所述载热工质回送管路上设置有第一循环泵，所述第一循环水供给管路和第二循环水供给管路之间的管路上设置有第二循环泵，所述凝结水回送管路上设置有第三循环泵。

所述太阳能集热场——蒸汽发生器子系统——第一电动阀——第一蒸汽供给管路——沼气锅炉——第二蒸汽供给管路——汽轮发电机组——凝汽输送管路——凝汽器——第二循环泵——蒸汽发生器子系统构成主供汽回路；所述沼气发生器——沼气锅炉——第三蒸汽供给管路——汽轮发电机组——凝汽输送管路——沼气发生器——第一凝结水输送管路——凝汽器——第二凝结水输送管路——沼气发生器——凝结水回送管路——第三循环泵——凝汽器——第二循环泵——第二循环水回送管路——沼气锅炉构成辅助供汽回路。

所述太阳能集热场为槽型抛物面聚光集热器。

所述载热工质是一种混合物，该混合物包含联二苯和二苯醚。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明可以实现最大限度地直接利用太阳能发电，通过沼气锅炉对蒸汽实施再热，进一步提高了发电效率，最大限度地提供了电网需要的峰值电能；同时，在夜间以及冬季和夏末的多云天气，太阳能降低，而电网高峰负荷期尚未过去时，本发明可利用沼气锅炉加热循环水产生蒸汽，从而驱动汽轮发电机组发电以供给电能，保证了发电系统的可靠性。

2、本发明中的双能源联合发电系统可简化电站系统的设置，不再需要设置蓄热子系统，从而降低了电站的初投资，在实现能源梯级利用的同时，可确保最大限度的利用太阳能，而且本发明中应用了生物质能源，在实现可再生能源综合利用的基础上，大大降低了太阳能发电系统的运营成本。

附图说明

图1为本发明的原理图。

其中，

1、太阳能集热场  2、过热器  3、蒸汽发生器  4、预热器  5、第一循环泵  6、载热工质供给管路  7、载热工质回送管路  8、第一电动阀  9、第一蒸汽供给管路  10、沼气锅炉  11、沼气发生器  12、第三电动阀  13、第二蒸汽供给管路  14、第三蒸汽供给管路  15、汽轮发电机组  16、凝汽输送管路  17、凝汽器  18、第一凝结水输送管路  19、第二凝结水输送管路  20、凝结水回送管路  21、第三循环泵  22、第二循环泵  23、第二电动阀  24、第二循环水回送管路  25、第一循环水回送管路  26、太阳能聚光集热系统  27、汽轮发电系统  28、沼气加热系统  29、沼气供给管路

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，包括相互连接的太阳能聚光集热系统26、汽轮发电系统27及沼气加热系统28：

所述太阳能聚光集热系统26包括太阳能集热场1和蒸汽发生子系统，所述太阳能集热场1为槽型抛物面聚光集热器，所述蒸汽发生子系统包括依次连接的过热器2、蒸汽发生器3和预热器4；所述太阳能集热场1通过载热工质供给管路6与所述过热器2的入口端相连接；所述太阳能集热场1通过载热工质回送管路7与所述预热器4的出口端相连接；所述载热工质供给管路6、载热工质回送管路7及太阳能集热场1内均充注有载热工质，所述载热工质是一种混合物，该混合物包含联二苯和二苯醚。

所述沼气加热系统28包括沼气发生子系统和沼气锅炉10，所述沼气发生子系统包括沼气发生器11，所述沼气发生器11通过沼气供给管路29与上述沼气锅炉10相连接，所述沼气锅炉10通过第一蒸汽供给管路9与上述过热器2相连接，所述沼气锅炉10可对来自上述蒸汽发生子系统的蒸汽进行再加热。

所述太阳能聚光集热系统26与沼气加热系统28均为所述汽轮发电系统27提供蒸汽。

所述汽轮发电系统包括汽轮发电机组15和凝汽器17，所述凝汽器17通过第二循环水回送管路24与上述沼气锅炉10相连接，所述汽轮发电机组包括汽轮机组和发电机组，所述汽轮机组为凝汽式汽轮机组，所述沼气锅炉10分别通过第二蒸汽供给管路13和第三蒸汽供给管路14与所述汽轮机组相连接；所述汽轮机组可将来自所述太阳能聚光集热系统26与沼气加热系统28的蒸汽的热能转换为旋转式机械能，所述发电机组可借助所述汽轮机组输出的旋转式机械能发电。

所述汽轮发电机组通过凝汽输送管路16与所述沼气发生器11相连接，所述沼气发生器11通过第一凝结水输送管路18与所述凝汽器17相连接，所述凝汽器17还通过第二凝结水输送管路19及凝结水回送管路20与所述沼气发生器11相连接；所述凝汽器17通过第一循环水回送管路25与预热器4相连接。

所述第一蒸汽供给管路9上设置有第一电动阀8，所述第二循环水回送管路24上设置有第二电动阀23，所述沼气供给管路29上设置有第三电动阀12。

所述载热工质回送管路7上设置有第一循环泵5，所述第一循环水供给管路25和第二循环水供给管路24之间的管路上设置有第二循环22泵，所述凝结水回送管路上20设置有第三循环泵21。

所述太阳能集热场1——蒸汽发生器子系统——第一电动阀8——第一蒸汽供给管路9——沼气锅炉10——第二蒸汽供给管路13——汽轮发电机组15——凝汽输送管路16——凝汽器17——第二循环泵22——蒸汽发生器子系统构成主供汽回路；所述沼气发生器11——沼气锅炉10——第三蒸汽供给管路14——汽轮发电机组15——凝汽输送管路16——沼气发生器11——第一凝结水输送管路18——凝汽器17——第二凝结水输送管路19——沼气发生器11——凝结水回送管路20——第三循环泵21——凝汽器17——第二循环泵22——第二循环水回送管路24——沼气锅炉10构成辅助供汽回路。

现将本发明的工作原理介绍如下：

在白天以及冬季和夏末的晴朗天气下，太阳能充足，本发明的工作过程为：将系统中的第二电动阀23关闭，第一电动阀8和第三电动阀12开启，太阳能聚光集热系统26和沼气加热系统28同时运转，共同为汽轮发电系统27提供所需蒸汽；在太阳能聚光集热系统26中，在第一循环泵5的驱动下，载热工质经太阳能集热场1加热后，温度可达393℃，经加热后的载热工质通过载热工质供给管路6依次进入过热器2、蒸汽发生器3及预热器4，与蒸汽发生子系统中的循环水进行换热，换热后，载热工质通过载热工质回送管路7再次进入太阳能集热场1进行加热，而换热过程中，循环水受热汽化为过热蒸汽，所述蒸汽经过第一蒸汽供给管路9进入沼气锅炉10，沼气锅炉10对传输过来的过热蒸汽实施再次加热，并经第二蒸汽供给管路13被传输至汽轮发电机组15，使之发电；与此同时，汽轮发电机组15发电后产生的凝汽通过凝汽输送管路16进入沼气发生器11，进入沼气发生器11内的凝汽散热冷却后一部分液化为凝结水，这种带有凝汽的凝结水从沼气发生器11内通过第一凝结水输送管路18被传输至凝汽器17内，在第三循环泵21的驱动下，储存在凝汽器17内的凝结水通过第二凝结水输送管路和凝结水回送管路在凝汽器17和沼气发生器11间循环，对沼气发生器11实施一级预热，使之产生更多的沼气供给沼气锅炉10的需要，同时，凝汽器17内的冷凝水在第二循环泵22的驱动下，经第一循环水回送管路25依次进入预热器4、蒸汽发生器3和过热器2与上述经加热后的载热工质进行换热，之后汽化为过热蒸汽……如此循环往复，实现了太阳能和沼气的双能源的联合供汽。

在夜间以及冬季和夏末的多云天气，太阳能降低，而电网高峰负荷期尚未过时，单纯的太阳能聚光集热系统26已无法满足汽轮发电系统27对蒸汽的需求量，此时，本发明的工作过程为：将系统中的第一电动阀8关闭，第二电动阀23和第三电动阀12开启，利用白天太阳能为主要热源时沼气发生器11所生产和储存的沼气，经沼气供给管路29输送至沼气锅炉10，对第二循环水回送管路内的循环水进行加热，使之汽化，得到的蒸汽通过第三蒸汽供给管路14进入汽轮发电机组15，驱动汽轮发电机组15进行发电；与此同时，汽轮发电机组15发电后产生的凝汽通过凝汽输送管路16进入沼气发生器11，进入沼气发生器11内的凝汽散热冷却后一部分液化为凝结水，这种带有凝汽的凝结水从沼气发生器11内通过第一凝结水输送管路18被传输至凝汽器17内，在第三循环泵21的驱动下，储存在凝汽器17内的凝结水通过第二凝结水输送管路和凝结水回送管路在凝汽器17和沼气发生器11间循环，对沼气发生器11实施一级预热，使之产生更多的沼气供给沼气锅炉10的需要；同时，在第二循环泵22的驱动下，凝汽器17内的凝结水经第二循环水回送管路24被传输至沼气锅炉10……如此循环往复，实现了沼气加热系统28的辅助供汽功能。

本发明中的沼气加热系统28在白天以及冬季或夏末晴朗的天气状况下，提高了整个系统的发电效率，而在夜间以及冬季或夏末多云的天气状况下，保证了对汽轮发电系统27的蒸汽供给，从而增强了整个发电系统的可靠性，近而实现了太阳能和生物质能利用的最大化。

尽管本文中较多的使用了诸如太阳能集热场1、第一循环泵5、沼气发生器11、凝汽器17、第二电动阀23、太阳能聚光集热系统26、沼气加热系统28等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，其特征在于：包括相互连接的太阳能聚光集热系统、汽轮发电系统及沼气加热系统；所述太阳能聚光集热系统主要由相互连接的太阳能集热场和蒸汽发生子系统组成；所述沼气加热系统主要由沼气发生子系统和沼气锅炉组成；所述太阳能聚光集热系统与沼气加热系统产生的热能,用以加热所述汽轮发电系统需要的蒸汽；

所述蒸汽发生子系统包括依次连接的过热器、蒸汽发生器和预热器；所述太阳能集热场通过载热工质供给管路与所述过热器的入口端相连接；所述太阳能集热场通过载热工质回送管路与所述预热器的出口端相连接，所述载热工质供给管路、载热工质回送管路及太阳能集热场内均充注有载热工质；

所述沼气发生子系统包括沼气发生器，所述沼气发生器通过沼气供给管路与上述沼气锅炉相连接；所述沼气锅炉通过第一蒸汽供给管路与上述过热器相连接，所述沼气锅炉可对来自上述蒸汽发生子系统的蒸汽进行再加热；

所述汽轮发电系统包括汽轮发电机组和凝汽器，所述凝汽器通过第二循环水回送管路与上述沼气锅炉相连接；所述汽轮发电机组包括汽轮机组和发电机组，所述汽轮机组为凝汽式汽轮机组，所述沼气锅炉分别通过第二、第三蒸汽供给管路与所述汽轮机组相连接；所述汽轮机组可将来自所述太阳能聚光集热系统与沼气加热系统的蒸汽的热能转换为旋转式机械能，所述发电机组可借助所述汽轮机组输出的旋转式机械能发电；

所述汽轮发电机组通过凝汽输送管路与所述沼气发生器相连接，所述沼气发生器通过第一凝结水输送管路与所述凝汽器相连接，所述凝汽器还通过第二凝结水输送管路及凝结水回送管路与所述沼气发生器相连接；所述凝汽器通过第一循环水回送管路与预热器相连接；

所述第一蒸汽供给管路上设置有第一电动阀，所述第二循环水回送管路上设置有第二电动阀，所述沼气供给管路上设置有第三电动阀；

所述载热工质回送管路上设置有第一循环泵，所述第一循环水回送管路和第二循环水回送管路之间的管路上设置有第二循环泵，所述凝结水回送管路上设置有第三循环泵；

所述太阳能集热场——蒸汽发生器子系统——第一电动阀——第一蒸汽供给管路——沼气锅炉——第二蒸汽供给管路——汽轮发电机组——凝汽输送管路——凝汽器——第二循环泵——蒸汽发生器子系统构成主供汽回路；所述沼气发生器——沼气锅炉——第三蒸汽供给管路——汽轮发电机组——凝汽输送管路——沼气发生器——第一凝结水输送管路——凝汽器——第二凝结水输送管路——沼气发生器——凝结水回送管路——第三循环泵——凝汽器——第二循环泵——第二循环水回送管路——沼气锅炉构成辅助供汽回路。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，其特征在于：所述太阳能集热场为槽型抛物面聚光集热器。

3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能与沼气的双能源联合发电系统，其特征在于：所述载热工质是一种混合物，该混合物包含联二苯和二苯醚。