CN103291566A - 一种太阳能热发电系统及其高温储能装置 - Google Patents

一种太阳能热发电系统及其高温储能装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种太阳能热发电系统，包括太阳能聚光集热装置、与所述太阳能聚光集热装置相连的高温储能装置、热交换装置及发电机，所述高温储能装置包括壳体及置于壳体内的多个蜂窝状的储热层，所述壳体上设有流经所述储热层、并与所述太阳能聚光集热装置两端连接的导热介质第一进口及导热介质第一出口。本发明还提出了一种太阳能发电高温储能装置。本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置通过将导热介质导流重新分配储热层的温区分布并贮存热能，在太阳光照不足的情况下释放热能输入热交换装置加热水产生蒸汽推动发电机发电，从而实现全天候太阳能热发电，节能环保、成本低且操作简单、维修方便。

Description

一种太阳能热发电系统及其高温储能装置
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种太阳能热发电系统及其高温储能装置。
背景技术
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。
太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的亲睐，在人们生活、工作中有广泛的作用。利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光伏发电(亦称太阳能光伏发电)，另一类是太阳热发电(亦称太阳能热发电)。
太阳能光伏发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等；另一种方式是将太阳热能通过热机(如汽轮机)带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。
然而，由于太阳能的采集受到天气及昼夜太阳辐射差的影响，例如在阴雨天及夜间，太阳能热发电系统需要通过补充火力发电来维持发电，因而不能实现全天候太阳能热发电，且不节能环保，运行成本较高。
发明内容
本发明的目的是提出一种节能环保且能实现全天候太阳能热发电的太阳能热发电系统。
本发明由以下实施方式实现的：
一种太阳能热发电系统，包括太阳能聚光集热装置、与所述太阳能聚光集热装置相连的高温储能装置、热交换装置及发电机，所述高温储能装置包括壳体及置于壳体内的多个蜂窝状的储热层，所述壳体上设有流经所述储热层、并与所述太阳能聚光集热装置两端连接的导热介质第一进口及导热介质第一出口，所述太阳能聚光集热装置采集太阳能形成高温导热介质，所述高温导热介质经过所述储热层贮存热能，所述储热层释放热能输入所述热交换装置，加热水产生蒸汽推动所述发电机发电。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述太阳能聚光集热装置包括聚光反射镜及充有导热介质的集热盒，所述聚光反射镜将光线聚集到集热盒上加热导热介质形成高温导热介质。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，相邻的所述储热层之间由一隔板隔开，所述壳体、储热层及隔板之间形成导流槽。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述壳体上还设有与所述热交换装置两端相连的导热介质第二进口及导热介质第二出口。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述储热层由耐高温陶瓷或耐火砖制成。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述发电机为余热发电机。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述热交换装置包括内部充有介质水的受热器，用于通过所述高温储能装置释放热能受热产生蒸汽推动发电机发电。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述导热介质为导热油、熔融盐或金属钠。
进一步，在上述太阳能热发电系统中，所述储热层为填充式，所述储热层的两端各装有网状垫板。
本发明还提供一种上述太阳能发电高温储能装置，包括壳体及置于壳体内的多个蜂窝状的储热层，所述壳体上设有流经所述储热层、并与所述太阳能聚光集热装置两端连接的导热介质第一进口及导热介质第一出口，并且壳体上还设有与所述热交换装置两端相连的导热介质第二进口及导热介质第二出口。
进一步，在上述太阳能发电高温储能装置中，相邻的所述储热层之间由一隔板隔开，所述壳体、储热层及隔板之间形成导流槽。
进一步，在上述太阳能发电高温储能装置中，所述储热层由耐高温陶瓷制成。
进一步，在上述太阳能发电高温储能装置中，所述储热层由耐火砖制成。进一步，在上述太阳能发电高温储能装置中，所述储热层为填充式，所述储热层的两端各装有网状垫板。
本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置通过将导热介质导流重新分配储热层的温区分布并贮存热能，在太阳光照不足的情况下释放热能输入热交换装置加热水产生蒸汽推动发电机发电，从而实现全天候太阳能热发电，节能环保、成本低且操作简单、维修方便。
附图说明
图1为本发明太阳能热发电系统一实施例的结构示意图；
图2为图1中高温储能装置第一实施例的结构示意图；
图3为图1中高温储能装置第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
请参阅图1，本发明太阳能热发电系统包括太阳能聚光集热装置1、与所述太阳能聚光集热装置1相连的高温储能装置2、热交换装置3及发电机4，所述太阳能聚光集热装置1采集太阳能形成高温导热介质，所述高温导热介质经过所述高温储能装置2贮存热能，所述高温储能装置2释放热能输入所述热交换装置3，加热水产生蒸汽推动发电机4发电，从而实现全天候太阳能热发电。在本发明实施方式中，所述发电机4为余热发电机。
所述太阳能聚光集热装置1包括聚光反射镜12及装有导热介质的集热盒14，所述聚光反射镜12将光线聚集到集热盒14上加热导热介质形成高温导热介质。本实施例中，所述导热介质为导热油、熔融盐、金属钠或其他可加热液态物质等。
请一并参阅图2，所述高温储能装置2包括壳体22及置于壳体22内的多个蜂窝状的储热层24，且相邻的所述储热层24之间由一隔板26隔开，所述壳体22、储热层24及隔板26之间形成导流槽28。所述壳体22水平放置。
所述壳体22上设有流经所述储热层24、并与所述太阳能聚光集热装置1的高温介质管路两端连接的导热介质第一进口21及导热介质第一出口23；同时，所述壳体22上还设有与所述热交换装置3两端相连的导热介质第二进口25及导热介质第二出口27。所述高温导热介质经过所述热交换装置3释放热能后，再通过导热介质第二进口25进入储热层24重新加热。
所述蜂窝状的储热层24由耐高温固体物制成，如耐高温陶瓷、耐火砖或其他热容量大的固体物等，其可控制导热介质在壳体22的内部流态，减少高温和低温导热介质之间的掺混来实现温度分层。在温度对热介质密度影响所形成的浮力影响下，所述导热介质的温度由底部到顶部逐步增加形成温度分层，具有良好的能量储存和调节的效果。
所述热交换装置3为蒸汽锅炉，其内部充有介质水，用于通过所述高温储能装置2释放热能受热产生蒸汽推动发电机4发电。
本发明太阳能热发电系统的工作原理如下：
在太阳光照充足的情况下，所述太阳能聚光集热装置1通过聚光反射镜12将光线聚集到集热盒14上加热导热介质形成高温导热介质，所述高温导热介质由导热介质第一进口21进入壳体22，流经所述储热层24并由导流槽28流入相邻的储热层24，最终由导热介质第一出口23流出返回至各集热盒14循环加热；同时，所述高温导热介质由导热介质第二出口27进入所述热交换装置3中，释放热能加热受热器32产生蒸汽推动发电机4发电。
在阴天或夜晚在太阳光照不足的情况下，所述太阳能聚光集热装置1不足以加热导热介质时，此时，在所述热交换装置3中释放完热能的低温导热介质由导热介质第二进口25流入壳体22，流经所述储热层24并由导流槽28流入相邻的储热层24重新被加热成高温导热介质，最终由导热介质第二出口27再次进入所述热交换装置3中，释放热能加热受热器32产生蒸汽推动发电机4发电。这样通过导流槽28的作用将壳体22底部的导热介质一次导入相邻储热层，降低在无导流槽时高温导热介质及低温导热介质的扰动掺混，通过导流重新分配储热层24的温区分布，达到高温导热介质优先利用的目的。这样结构的储热层24所能提供的储热效率比普通的要高出20％，从而能实现全天候太阳能热发电，且节能环保。
所述高温导热介质的比热在100℃时为2.486千焦耳/KG℃，约为水的2.48倍；200℃时为2.88千焦耳/KG℃。故其储存能量是水的好几倍。
图3是本发明的高温储能装置第二实施例的结构示意图。与第一实施例不同在于，本实施例中的壳体22‘垂直放置，所述壳体22‘内的储热层24’为填充式，所述储热层24‘的两端各装有网状垫板26’，其工作原理与第一实施例基本相同。
本发明还提供如上述的太阳能发电高温储能装置。
相比于现有技术，本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置具有如下优点：
1、现有的太阳能热发电系统中要求贮热温度较高，高于200℃即蒸汽，而本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置通过使用高温导热油、蜂窝状固体物(耐高温陶瓷或耐火砖等)混合高温储热，其安装、操作和维修费用都比较低，可免去按装大尺寸的蒸气管线、特殊的放空管、闪蒸罐和压力控制装置等，可大幅度降低系统初投资；
2、本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置的导热油系统维修量小，避免了蒸汽管线的冷凝损失，导热油系统通常不需要有操作证的锅炉工进行操作；
3、本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置使用的高温导热油、蜂窝固体物不易造成系统的腐蚀和结垢，可以省去锅炉给水的处理费用；
4、本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置通过导流槽重新分配储热层的温区分布，达到高温导热介质优先利用的目的，这样结构的储热层所能提供的储热效率比普通的要高出20％，从而能实现全天候太阳能热发电，且节能环保。
因此，本发明太阳能热发电系统及其高温储能装置通过将导热介质导流重新分配储热层的温区分布并贮存热能，在太阳光照不足的情况下释放热能输入热交换装置加热水产生蒸汽推动发电机发电，从而实现全天候太阳能热发电，节能环保、成本低且操作简单、维修方便。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (14)

1.一种太阳能热发电系统，其特征在于，包括太阳能聚光集热装置、与所述太阳能聚光集热装置相连的高温储能装置、热交换装置及发电机，所述高温储能装置包括壳体及置于壳体内的多个蜂窝状的储热层，所述壳体上设有流经所述储热层、并与所述太阳能聚光集热装置两端连接的导热介质第一进口及导热介质第一出口，所述太阳能聚光集热装置采集太阳能形成高温导热介质，所述高温导热介质经过所述储热层贮存热能，所述储热层释放热能输入所述热交换装置，加热水产生蒸汽推动所述发电机发电。
2.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述太阳能聚光集热装置包括聚光反射镜及充有导热介质的集热盒，所述聚光反射镜将光线聚集到集热盒上加热导热介质形成高温导热介质。
3.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征在于，相邻的所述储热层之间由一隔板隔开，所述壳体、储热层及隔板之间形成导流槽。
4.根据权利要求3所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述壳体上还设有与所述热交换装置两端相连的导热介质第二进口及导热介质第二出口。
5.根据权利要求3所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述储热层由耐高温陶瓷或耐火砖制成。
6.根据权利要求3所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述发电机为余热发电机。
7.根据权利要求1所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述热交换装置包括内部充有介质水的受热器，用于通过所述高温储能装置释放热能受热产生蒸汽推动发电机发电。
8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述导热介质为导热油、熔融盐或金属钠。
9.根据权利要求8所述的太阳能热发电系统，其特征在于，所述储热层为填充式，所述储热层的两端各装有网状垫板。
10.一种太阳能发电高温储能装置，其特征在于，包括壳体及置于壳体内的多个蜂窝状的储热层，所述壳体上设有流经所述储热层、并与所述太阳能聚光集热装置两端连接的导热介质第一进口及导热介质第一出口，并且壳体上还设有与所述热交换装置两端相连的导热介质第二进口及导热介质第二出口。
11.根据权利要求10所述的太阳能发电高温储能装置，其特征在于，相邻的所述储热层之间由一隔板隔开，所述壳体、储热层及隔板之间形成导流槽。
12.根据权利要求10所述的太阳能发电高温储能装置，其特征在于，所述储热层由耐高温陶瓷制成。
13.根据权利要求12所述的太阳能发电高温储能装置，其特征在于，所述储热层由耐火砖制成。
14.根据权利要求10所述的太阳能发电高温储能装置，其特征在于，所述储热层为填充式，所述储热层的两端各装有网状垫板。
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