CN103511205B

CN103511205B - 一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统

Info

Publication number: CN103511205B
Application number: CN201310439355.6A
Authority: CN
Inventors: 徐能; 易富兴; 付杰; 唐亚平; 周慧; 程实
Original assignee: Qinghai Supcon Solar Energy Power Generation Co Ltd
Current assignee: Cosin Solar Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103511205A

Abstract

一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其包括太阳能蒸发单元、蓄热单元、燃料过热单元、太阳能过热单元、发电单元、冷凝单元、云层监测单元、第一连接阀以及第二连接阀；其中所述蓄热单元与太阳能过热单元通过第一连接阀连接，所述蓄热单元与燃料过热单元通过所述第二连接阀连接；所述云层监测单元用于接收定日镜镜场上方云层信息，并根据所述云层信息控制所述第一连接阀所述第二连接阀的开闭。本发明通过控制第一连接阀和第二连接阀，保证汽轮机不停机运转，避免了因镜场上方出现云层遮挡导致电网的负荷波动，本发明提供的是一种系统简单、安全性好、发电成本低的塔式太阳能热发电系统。

Description

一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统

技术领域

本发明涉及塔式太阳能热发电领域，特别是一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统。

背景技术

太阳能的开发和利用已成为全球重点研究的项目。塔式太阳能热发电作为太阳能热发电的一种模式，其基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜组成定日镜群，将太阳光反射至固定于接收塔顶的集热器，加热工质产生过热蒸汽或高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。塔式太阳能热发电采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。其中以水(水蒸汽)为吸热工质的塔式太阳能热发电系统，具有工质常见、成本低廉、热电转换效率高、控制简单等诸多优点，但该系统的稳定性及可靠性成为亟待解决的问题。

太阳辐射的大小受天气状况和云层等不可预知因素的影响，云层阴影遮挡将在短时间内改变吸热器接受太阳辐射能量的大小，进而导致系统温度的急剧变化，使系统不稳定，甚至出现损坏。正常情况下，吸热器吸收定日镜反射过来的太阳光，其表面平均温度往往能达到数百度。当云层遮挡太阳后，镜场不能够提供满足要求的能量用来产生过热蒸汽，从而可能导致汽轮机被迫停机。此外，过热蒸汽的储能效果及稳定性较差差。所以，如何保证以水(水蒸气)做为传热工质的塔式太阳能热发电系统像熔盐系统一样具备一定的储热能力及应对云的能力是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，包括太阳能蒸发单元、蓄热单元、燃料过热单元、太阳能过热单元、发电单元、冷凝单元、云层监测单元、第一连接阀以及第二连接阀；

其中，所述太阳能蒸发单元用于将流入其中的液态水通过太阳能加热产生饱和蒸汽并输送至所述蓄热单元；

所述蓄热单元分别与所述燃料过热单元、太阳能过热单元连接，所述蓄热单元将所述饱和蒸汽通入所述燃料过热单元或太阳能过热单元进行过热；

所述燃料过热单元通过燃料对通入的饱和蒸汽加热产生过热蒸汽，所述太阳能过热单元通过太阳能对通入的饱和蒸汽加热产生过热蒸汽；所述燃料过热单元、太阳能过热单元分别与所述发电单元连接，所述发电单元接收所述燃料过热单元或太阳能过热单元通入的过热蒸汽完成发电；

所述冷凝单元与所述发电单元连接将流经所述发电单元的过热蒸汽冷凝并除氧得到液态水，所述冷凝单元与所述太阳能蒸发单元连接为其提供产生饱和蒸汽的液态水；

其中所述蓄热单元与太阳能过热单元通过第一连接阀连接，所述蓄热单元与燃料过热单元通过所述第二连接阀连接；所述云层监测单元用于接收定日镜镜场上方云层信息，并根据所述云层信息控制所述第一连接阀所述第二连接阀的开闭。

较佳地，所述云层信息为所述定日镜镜场上方无云层时，所述云层检测单元控制打开第一连接阀，同时关闭第二连接阀，使得蓄热单元的全部饱和蒸汽进入太阳能过热单元。

较佳地，当所述云层信息为定日镜镜场上方有云层遮挡时，所述云层检测单元在云层遮蔽所述定日镜镜场前控制启动燃料过热单元，根据云层遮蔽定日镜镜场的时间的长度控制第一连接阀与第二连接阀，调节进入燃料过热单元与太阳能过热单元的饱和蒸汽量。

较佳地，当云层监测单元监测到的云层信息为定日镜镜场上方出现短时云层遮挡时，通过控制第一连接阀，逐渐减少进入太阳能过热单元的饱和蒸汽流量，同时控制第二连接阀，逐渐增加进入燃料过热单元的饱和蒸汽流量，将蓄热单元里的饱和蒸汽逐渐引入到燃料过热单元完成蒸汽的过热过程。

较佳地，当云层监测单元监测到的云层信息为定日镜镜场上方被云层完全遮挡时，关闭第一连接阀，使得进入太阳能过热单元的饱和蒸汽流量减到零，同时打开第二连接阀，进入燃料过热单元的饱和蒸汽流量则可根据需要自动调节。

较佳地，所述太阳能蒸发单元包括太阳能蒸发器与汽包，所述太阳能蒸发器与汽包连接。

较佳地，所述燃料过热单元包括一燃气加热炉。

较佳地，所述太阳能过热单元包括一太阳能过热器。

较佳地，所述发电单元包括汽轮机以及与所述汽轮机连接的发电机。

较佳地，所述冷凝单元包括顺序连接的凝汽器、凝结水泵以及除氧器，所述除氧器通过一给水泵与所述太阳能蒸发单元连接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以水、水蒸汽为工质，该技术在太阳能利用领域具有运营成本低、系统控制简单等优点，同时为了保证汽轮机在来云过程中不停机，来云时采用云层监测单元与燃料过热单元协调控制，产生过热蒸汽驱动汽轮机继续发电，从而使系统具有稳定输出电能的能力。由于来云的发电小时数占全年总发电小时数的比例有限，电厂全年的燃气耗量基本能够控制在5％以下；

(2)当定日镜镜场上方出现云层遮挡时，通过控制第一连接阀和第二连接阀，保证汽轮机不停机运转。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的塔式太阳能热发电系统。

具体实施例

实施例一

本实施例提供了一种塔式太阳能热发电系统，其包括太阳能蒸发单元、蓄热单元、燃料过热单元、太阳能过热单元、发电单元、冷凝单元、云层监测系统、第一连接阀以及第二连接阀；

所述第一连接阀与第二连接阀根据所述云层监测单元监测的云层信息进行开闭控制；所述云层监测单元，提前一段时间(如2～30分钟)预测定日镜镜场上方云层阴影对定日镜场的遮挡能力，并通过控制蓄热单元与太阳能过热单元的第一连接阀和蓄热单元与燃料过热单元之间的第二连接阀。

如图1所示，本实施例中所述太阳能蒸发单元通过吸收定日镜镜场12反射的太阳光产热，云层监测单元13用于检测定日镜镜场12上方的云层信息；蓄热单元6与太阳能过热单元5通过第一连接阀15连接，蓄热单元6与燃料过热单元7通过第二连接阀14连接；第一连接阀15与第二连接阀14根据云层信息进行开闭控制。

太阳能蒸发单元包括太阳能蒸发器4与汽包3，太阳能蒸发器4与汽包3连接，所述燃料过热单元包括一燃气加热炉7，所述太阳能过热单元包括一太阳能过热器5。

所述发电单元包括汽轮机以及与所述汽轮机连接的发电机；所述冷凝单元包括顺序连接的凝汽器10、凝结水泵11以及除氧器1，除氧器1通过一水泵2与所述太阳能蒸发单元连接。

当云层检测单元13检测到的云层信息为定日镜镜场12上方有云层时，在云层遮蔽定日镜镜场12前启动燃料过热单元，根据云层遮蔽定日镜镜场12的时间的长度控制第一连接阀15与第二连接阀14，调节进入燃气加热单元与太阳能过热单元的饱和蒸汽量。

当云层监测单元13监测到的云层信息为定日镜镜场12上方没云时，关闭第二连接阀14，同时打开第一连接阀15，除氧器1除氧后的水经给水泵2升压后，进入到吸热塔顶部的汽包3内，太阳能蒸发器4内的液态水经吸收定日镜镜场12聚焦后的太阳能变成饱和蒸汽，然后进入到蓄热单元6，蓄热单元6内的饱和蒸汽全部进入太阳能过热单元5，完成蒸汽的过热过程，进入到汽轮机8做功，带动发电机9发电，汽轮机8的排汽在凝汽器10中冷凝；冷凝水从凝结水泵11出来后再进入到除氧器1，完成一个光热发电循环。

在本实施例中，当云层监测单元13监测到的云层信息为定日镜镜场12上方出现短时云层时，通过控制第一连接阀，逐渐减少进入太阳能过热单元5的饱和蒸汽流量，同时控制第二连接阀，逐渐增加进入燃料过热单元7的饱和蒸汽流量，将蓄热单元里的饱和蒸汽逐渐引入到燃料过热单元完成蒸汽的过热过程。

当云层监测单元13监测到的云层信息为定日镜镜场12上方被云层完全遮挡时，关闭第一连接阀，使得进入太阳能过热单元5的饱和蒸汽流量减到零，同时打开第二连接阀，进入燃料过热单元7的蒸汽流量则可根据需要自动调节。一般来说，为了延长蓄热单元应对云层遮挡的时间，此时可将汽轮机的负荷减少至额定负荷的30％～50％。

当云层阴影从镜场全部移走时，可按一定速率比例将定日镜镜场12能量重新投射到太阳能过热单元上去，例如：10KW/s，控制第一连接阀，逐步增加进入太阳能过热单元5的饱和蒸汽流量，控制第二连接阀，减少进入燃料过热单元7的饱和蒸汽流量。当进入太阳能过热单元5的饱和蒸汽流量接近额定值时，关闭第二连接阀，将进入燃料过热单元7的饱和蒸汽流量降至零。当云层阴影从定日镜镜场12全部移走时，燃料过热单元7可依然维持在50％负荷不停机直至关场。这虽然会增加一定量的燃气消耗，但能大大减少燃料过热单元的启停次数。

本实施例中燃料过热单元7的燃气消耗量随太阳能电站所在地云层的多少而不同，经过测算，发电过程中即使云遮挡定日镜镜场12的小时数达到20％左右，所消耗的燃气能量也仅为5％，因此，本发明是能够大大降低塔式太阳能电站中的燃气比例。如果蓄热单元配置一定的储热量，储热量按4小时计算，增加的燃气能量也仅为8.3％。

本发明通过对太阳能过热单元5和太阳能蒸发单元4进行物理分离，降低整体镜场能量调配的难度。通过蓄热单元6的缓冲作用控制太阳能过热单元5的进口饱和蒸汽的流量达到了防止太阳能过热单元6发生整体过热的风险；通过云层监测单元13与燃料过热单元7的协调控制，保证系统在来云时汽轮机8不停机，从而能够避免电网的波动，提高太阳能利用效率。本发明还通过蓄热单元6的储能作用提高系统的储热能量。该系统在正常工作情况下全部使用太阳能进行发电，大大减少了燃气的消耗量。从上述分析可见该塔式光热发电系统新能源特点显著，符合国家的新能源产业政策，应用前景非常广阔。

本发明的有益效果是：

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，包括太阳能蒸发单元、蓄热单元、燃料过热单元、太阳能过热单元、发电单元、冷凝单元、云层监测单元、第一连接阀以及第二连接阀；

其中所述蓄热单元与太阳能过热单元通过第一连接阀连接，所述蓄热单元与燃料过热单元通过所述第二连接阀连接；所述云层监测单元用于接收定日镜镜场上方云层信息，并根据所述云层信息控制所述第一连接阀所述第二连接阀的开闭；

所述云层监测单元可提前一段时间预测定日镜镜场上方云层阴影对定日镜镜场的遮挡能力，从而根据遮挡能力控制第一连接阀和第二连接阀的开闭。

2.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述云层信息为所述定日镜镜场上方无云层时，所述云层检测单元控制打开第一连接阀，同时关闭第二连接阀，使得蓄热单元的全部饱和蒸汽进入太阳能过热单元。

3.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，当所述云层信息为定日镜镜场上方有云层遮挡时，所述云层检测单元在云层遮蔽所述定日镜镜场前控制启动燃料过热单元，根据云层遮蔽定日镜镜场的时间的长度控制第一连接阀与第二连接阀，调节进入燃料过热单元与太阳能过热单元的饱和蒸汽量。

4.根据权利要求3所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，当云层监测单元监测到的云层信息为定日镜镜场上方出现短时云层遮挡时，通过控制第一连接阀，逐渐减少进入太阳能过热单元的饱和蒸汽流量，同时控制第二连接阀，逐渐增加进入燃料过热单元的饱和蒸汽流量，将蓄热单元里的饱和蒸汽逐渐引入到燃料过热单元完成蒸汽的过热过程。

5.根据权利要求3所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，当云层监测单元监测到的云层信息为定日镜镜场上方被云层完全遮挡时，关闭第一连接阀，使得进入太阳能过热单元的饱和蒸汽流量减到零，同时打开第二连接阀，进入燃料过热单元的饱和蒸汽流量则可根据需要自动调节。

6.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述太阳能蒸发单元包括太阳能蒸发器与汽包，所述太阳能蒸发器与汽包连接。

7.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述燃料过热单元包括一燃气加热炉。

8.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述太阳能过热单元包括一太阳能过热器。

9.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述发电单元包括汽轮机以及与所述汽轮机连接的发电机。

10.如权利要求1所述的应对云层遮挡的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述冷凝单元包括顺序连接的凝汽器、凝结水泵以及除氧器，所述除氧器通过一给水泵与所述太阳能蒸发单元连接。