CN103423109B - 一种利用太阳能和地热能的联合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能和地热能的联合发电装置，其包括：太阳能采集系统，该系统包括太阳能电池板、与电池板电连接的蓄电池、用于控制采集系统的控制器、加热器及与蓄电池和加热器连接的逆变器；蓄热储存器，其用于储存从地热井通过流体泵抽出的地热水；热交换器，其用于热交换第一工作流体和第二工作流体；汽轮机，其用于接收加热后的第二工作流体，将动能输送到发电装置；冷凝器，其连接到汽轮机的出口，用于冷却从汽轮机流出的第二工作流体；冷凝塔，其连接到冷凝器上；工作源，其用于通过循环泵输送第二工作流体到热交换器中并回收冷凝器流出的第二工作流体。其中，加热器连接蓄热储存器和热交换器，进一步加热通过其中的所述第一工作流体。

Description

一种利用太阳能和地热能的联合发电装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电装置，也涉及一种地热能发电装置，具体而言，涉及一种利用太阳能和地热能的联合发电装置。
背景技术
传统的燃料能源正在一天天减少，能源问题已经成为不容忽视的全球性问题。寻找新能源，已经成为当务之急。每天丰富的太阳辐射能是取之不尽、用之不竭的，无污染，廉价，是人类能够自由利用的能源，成为最先纳入人们视野的最佳选择。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率为5%，每年发电量可达5.6×1012万千瓦时，相当于目前世界上能耗的40倍左右。我国是太阳能资源丰富的国家之一。我国有荒漠面积108万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西部地区。
与此同时，西部地区（例如西藏地区）也是我国主要的地热资源分布区，利用地热发电是地热利用的最重要方式，地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，从15至180℃范围的地热水都可以利用，地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。然而能否将太阳能和地热能两者联合起来发电日趋成为研究热点，现有技术中对两者的结合使用也并未多见，但其效果是可以预见的，其能够最大限度的利用绿色能源，增强发电效率，达到源源不断产生能量的目的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种利用太阳能和地热能的联合发电装置，可实现既利用太阳能又利用地热能的技术效果。本发明的技术方案还能够实现全天候的发电供应，具有较强的应用前景。
本发明的技术方案为，一种利用太阳能和地热能的联合发电装置，其包括：太阳能采集系统，该太阳能采集系统包括太阳能电池板、与电池板电连接的蓄电池、用于控制采集系统的控制器、加热器及与蓄电池和加热器连接的逆变器，该太阳能采集系统通过将太阳能转换为暂时储存在蓄电池的电能向加热器供电来加热第一工作流体；蓄热储存器，其用于储存从地热井通过流体泵抽出的地热水；热交换器，其用于热交换第一工作流体和第二工作流体；汽轮机，其用于接收加热后的第二工作流体来推动做功发电，将动能输送到发电装置；冷凝器，其连接到汽轮机的出口，用于冷却从汽轮机流出的第二工作流体；冷凝塔，其连接到冷凝器上；工作源，其用于通过循环泵输送第二工作流体到热交换器中并回收冷凝器流出的第二工作流体，其特征在于加热器连接蓄热储存器和热交换器，进一步加热通过其中的第一工作流体。
所述第一工作流体为原始地热水或经过净化后的地热水。
所述第二工作流体优选低沸点物质，如氟里昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷等。
该装置还可以包括在太阳能采集器上方设置透镜装置（未示出），用来反射或聚集尽可能多的太阳光能量，用来加热工作流体。
该装置还可以包括过滤器，其位于流体泵下游，用于净化过滤抽出的地热水，防止化学杂质进入循环过程侵蚀设备。
本发明技术方案的技术效果在于，可以利用温度大概30~50℃左右的低温位热能，实现全天候（白天或夜间）的发电要求，保证了系统的稳定性，其热效率较高，设备紧凑，汽轮机的尺寸小，易于适应化学成分比较复杂的地下热水，大大节省了成本。
附图说明
接下来，通过优选的实施例并参照附图对本发明的技术方案加以说明。
图1表示根据本发明的利用太阳能和地热能的联合发电装置示意图。
具体实施方式
图1显示的是根据本发明的利用太阳能和地热能的联合发电装置100，其包括：太阳能采集系统200，该太阳能采集系统包括太阳能电池板101、与电池板电连接的蓄电池111、用于控制采集系统的控制器110、加热器112及与蓄电池111和加热器连接的逆变器113，该太阳能采集系统200通过将太阳能转换为暂时储存在蓄电池的电能向加热器112供电来加热第一工作流体；蓄热储存器102，其用于储存从地热井103通过流体泵201抽出的地热水；热交换器104，其用于热交换第一工作流体和第二工作流体；汽轮机105，其用于接收加热后的第二工作流体来推动做功发电，将动能输送到发电装置108；冷凝器106，其连接到汽轮机105的出口，用于冷却从汽轮机流出的第二工作流体；冷凝塔107，其连接到冷凝器106上；工作源109，其用于通过循环泵202输送第二工作流体到热交换器104中并回收冷凝器106流出的第二工作流体。其中，加热器112连接蓄热储存器102和热交换器104，进一步加热通过其中的第一工作流体。
本发明技术方案的工作过程为，在有发电需求时，控制器110打开太阳能采集系统，进行太阳能蓄电池充电过程，同时通过逆变器113转换，通过交流电对加热器112供电工作，开启流体泵201使得第一工作流体即地热水（温度大概40~50℃左右）从地热井103抽出后经过蓄热储存器102后，再次进入太阳能采集系统的加热器中继续进一步加热，经过加热后的工作流体温度可达70~80℃之间，第一工作流体从加热器流出后进入热交换器104与第二工作流体进行热交换，该第二工作流体优选低沸点物质，如氟里昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷等。热交换后的第一工作流体（温度大概15~30℃左右）流回地热井或另作它用，以上过程可概括为热量整合过程。下面再来看发电系统循环过程，第二工作流体从工质源109中通过循环泵202输送到循环回路中，经过热交换器104的加热后形成直接形成或在附加的蒸汽发生器内汽化，所产生的低沸点工质蒸汽直接送入汽轮机105进行发电。做完功后的第二工作流体蒸汽，由汽轮机105排出，并在冷凝器106中冷凝成液体，然后经循环泵202再循环工作。
相比于使用太阳能采集器直接加热第一工作流体，该技术方案将太阳能暂时性的存储为蓄电池的电能，并在任何时候都能适时适量地加热第一工作流体，避免了因夜间或雨天无法使用太阳能的缺陷，并在光照特别强烈的时候将多余的太阳能储存起来供夜间或雨天使用，尽最大可能地利用太阳能资源保证系统效率，同时将太阳能暂时存储起来也是易于稳定控制对第一工作流体的加热。
除此之外，该装置还可以包括在太阳能采集器101上方设置透镜装置（未示出），用来反射或聚集尽可能多的太阳光能量，用来加热工作流体。
该装置还可以包括过滤器200，其位于流体泵201下游，用于净化过滤抽出的地热水，防止化学杂质进入循环过程，侵蚀设备。
需要说明的是上述控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用逆变器，同时加热器可以是普通的电加热器或其他合适类型。
为了更好的描述本发明的技术方案核心内容，并未过多提及其他的不必要的特征描述，有关本发明未提及的技术细节均为本领域内的公知技术，例如太阳能采集器的选择类型、过滤器的型号、流体泵及其他零部件。
上述技术方案中发电方法的优点是，可以利用低温位热能，实现全天候的发电要求，保证了系统的稳定性，其热效率较高，设备紧凑，汽轮机的尺寸小，易于适应化学成分比较复杂的地下热水，大大节省了成本。本发明不限于上面的应用，各种可能的修改在从属权利要求的范围中。

Claims (3)

1.一种利用太阳能和地热能的联合发电装置，其包括：太阳能采集系统，该太阳能采集系统包括太阳能电池板、与太阳能电池板电连接的蓄电池、用于控制太阳能采集系统的控制器、加热器及与蓄电池和加热器连接的逆变器，该太阳能采集系统通过将太阳能转换为暂时储存在蓄电池的电能向加热器供电来加热第一工作流体；蓄热储存器，其用于储存从地热井通过流体泵抽出的地热水；热交换器，其用于热交换第一工作流体和第二工作流体；汽轮机，其用于接收加热后的第二工作流体来推动做功发电，将动能输送到发电装置；冷凝器，其连接到汽轮机的出口，用于冷却从汽轮机流出的第二工作流体；冷凝塔，其连接到冷凝器上；工作源，其用于通过循环泵输送第二工作流体到热交换器中并回收冷凝器流出的第二工作流体，其特征在于，加热器连接蓄热储存器和热交换器，并进一步加热通过该加热器中的所述第一工作流体，所述第一工作流体为原始地热水或经过净化后的地热水，所述第二工作流体为低沸点物质，该联合发电装置还包括：第一阀，其能够旁通太阳能采集系统，并位于蓄热储存器和热交换器之间；第二阀，其位于太阳能采集系统和热交换器之间，该联合发电装置还包括过滤器，该过滤器位于流体泵下游，用于净化过滤抽出的地热水，防止化学杂质进入循环过程侵蚀设备。
2.如权利要求1所述的联合发电装置，其特征在于：所述低沸点物质为氟里昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷中的任意一种。
3.如权利要求1所述的联合发电装置，其特征在于：该联合发电装置还包括设置在太阳能采集系统上方的透镜装置，用来反射或聚集尽可能多的太阳光能量，以加热第一工作流体。
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