CN104633961A

CN104633961A - 太阳能高温热能输出系统

Info

Publication number: CN104633961A
Application number: CN201410851553.8A
Authority: CN
Inventors: 范多旺; 王成龙; 范多进; 马军; 王云锋
Original assignee: LANZHOU DACHENG CONCETRATE SOLAR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LANZHOU DACHENG CONCETRATE SOLAR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明属于能源领域，涉及太阳能聚光集热系统，一种太阳能高温热能系统，其主要特点在于所述的太阳能集热系统的输出端与所述的储热系统的熔盐炉的输出端通过管道连接到热盐罐输入端；热盐罐的输出端通过管道连接过热器的输入端和蒸发器的内管输入端；过热器的输出端与熔盐炉的输出端通过管道连接到熔盐炉的输入端；蒸发器的内管输入端通过管道连接到预热器的输入端；预热器的输出端与冷盐罐的输入端与熔盐炉的输出端连通：冷盐罐的输出端与熔盐炉的输入端与太阳能集热系统的输入端连通；进水管与预热器的内管输入端连通，预热器的内管输出端连通蒸发器的输入端，蒸发器的输出端连通过热器的内管输入端，过热器的内管输出端连通蒸汽管道。

Description

太阳能高温热能输出系统

技术领域

本发明属于能源领域，涉及太阳能聚光集热系统，特别涉及熔盐线性菲涅尔式太阳能高温热源输出系统。

背景技术

随着我国经济总量跃居世界第二，能源消耗总量也持续大幅度增长，我国能源存在严重的结构性危机，未来能源安全形势严峻；资源环境瓶颈约束更加突出；节能减排难度不断增大；国际上围绕能源安全和气候变化的博弈更加激烈；全球范围内绿色经济、低碳技术正在兴起，抢占未来发展新兴产业制高点的竞争日趋激烈。

太阳能是优质的可再生能源之一，太阳到达地球表面的辐照总量极大，取之不尽，用之不竭，仅甘肃太阳能资源就达72万亿千瓦，同时太阳能也是任何国家都不可能垄断的绿色能源。尽管太阳能总量极大，但是照到地面单位面积上的能流密度很低，导致直接规模化利用时效率低，因此提高太阳能利用率最有效的技术路线是先聚光再利用。根据聚光方式不同，聚光类太阳能热发电技术包括：塔式太阳能热发电；槽式太阳能热发电；碟式太阳能热发电以及线性菲涅尔式太阳能热发电。

太阳能集热发电4种方式各有优缺点：塔式效率高，一次性投入大；槽式成本低，但相对塔式和碟式效率低；碟式单机可标准化生产，但规模很难做大；线性菲涅尔年效率居中，占地较小，抗风沙能力强，建设成本低，适合我国西部环境，技术风险较低。4种方式性能对比参考见表1，该数据是西班牙政府所属太阳能研究中心PSA的总结结果。

表1不同太阳能光热应用技术综合对比。

更高的工质运行温度(550℃及更高)实现更高的效率，同时结合改进的设计，通过先进的储热和混合工艺技术增加可调度性是太阳能光热发电技术的发展趋势。高温高压太阳能热发电技术系统效率可达40％以上，系统主蒸汽温度参数需超过535℃，该参数要求系统聚光器的聚光倍数超过100×，传热及储热介质需要更高的运行温度。现有已经成熟的槽式聚光器由于受结构的限制，很难将开口做得更大，通过提高聚光比，提升工质温度，从而提高系统效率。

此外，已在运行的太阳能发电系统，系统运行工质为导热油(VP-1，联苯联苯醚类)，由于受工质热稳定性的限制，系统运行多运行在400℃以下，也进一步限制了系统的效率。

熔盐线性菲涅尔式聚光太阳热能高温高压发电技术将成为适合我国国情的太阳能热发电主流技术。但现有聚光器的聚光倍数、汇聚率和集热管工作温度等性能不能满足系统对聚光器的要求。

发明内容

本发明的目的在于，为避免现有技术的不足，提供一种太阳能高温热能系统。为了采用太阳能产生高温(＞500℃)的热能，采用线性菲涅尔式聚光集热器，传热介质采用熔融盐，同时系统配有储热罐。特点是，线性菲涅尔系统可以通过改进一次反射镜的镜场布置，把聚光比做得较大(＞100×)(与传统的槽式系统80×相比)，如此可以使得集热的系统温度升高到550℃左右；为了配合系统550℃左右的高温，集热系统中采用熔融硝酸盐作为传热介质；系统配有储热系统，储热系统介质采用和传热介质系统的熔融硝酸盐；由于配有储热系统，系统可以连续稳定的输出高温热能。由于储热系统采用了与传热介质相同的硝酸盐作为储热介质，简化了换热系统，提高了效率，使得系统的输出更为平稳。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种太阳能高温热能系统，其主要特点在于所述的太阳能集热系统的输出端与所述的储热系统的熔盐炉的输出端通过管道连接到热盐罐输入端；热盐罐的输出端通过管道连接过热器的输入端和蒸发器的内管输入端；过热器的输出端与熔盐炉的输出端通过管道连接到熔盐炉的输入端；蒸发器的内管输入端通过管道连接到预热器的输入端；预热器的输出端与冷盐罐的输入端与熔盐炉的输出端连通：冷盐罐的输出端与熔盐炉的输入端与太阳能集热系统的输入端连通；进水管与预热器的内管输入端连通，预热器的内管输出端连通蒸发器的输入端，蒸发器的输出端连通过热器的内管输入端，过热器的内管输出端连通蒸汽管道。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能集热系统为线性菲涅尔式太阳能聚光器构成的集热系统，集热系统用吸热介质为熔融硝酸盐；所述的储热系统采用熔融硝酸盐作为储热介质；系统输出热能温度高于500℃。

所述的太阳能高温热能系统，所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统由一次反射镜和接收器组成，其中接收器由复合抛物面聚光器和真空集热管组成。

所述的太阳能高温热能系统，所述的接收器由复合抛物面聚光器和单根真空集热管组成，接收器汇聚率＞80％。

所述的太阳能高温热能系统，所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统光学几何聚光倍数＞100倍。

所述的太阳能高温热能输出系统，所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统(1)的吸热介质为熔融硝酸盐中的一种。

所述的太阳能高温热能系统，所述的吸热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃或三元硝酸盐为53％NaNO₃:40％NaNO₂:7％KNO₃)中的一种。

所述的太阳能高温热能输出系统，所述的熔融盐储热系统中的储热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃或三元硝酸盐为53％NaNO₃:40％NaNO₂:7％KNO₃中的一种。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能集热系统中的吸热介质和熔融盐储热系统中的储热介质相同，且为熔融硝酸.盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃或三元硝酸盐为53％NaNO₃:40％NaNO₂:7％KNO₃中的一种。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能由集热系统收集后，经吸热介质吸收、输运并存储到储热系统中再进入蒸汽发生系统后输出所需热能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的有益效果是利用改进结构的线性菲涅尔聚光系统，包括使用单根真空集热管与复合抛物面聚光器(CPC)组合而成的接收器，获得大聚光比(＞100×)集热系统；利用高温稳定性好的硝酸盐作为吸热介质，使得集热系统输出工质温度超过550℃左右；系统配有储热系统，储热介质采用和传热介质相同的硝酸盐。由于配有储热系统，系统可以连续稳定的输出高温热能。由于储热系统采用了与传热介质相同的硝酸盐作为储热介质，简化了换热系统，提高了效率，使得系统的输出更为平稳。

附图说明：

图1：为本发明系统结构示意图；

图2：线性菲涅尔集热场示意图系统结构示意图。

图中1：集热系统；1-1.一次反射镜；1-2.接收器；1-2-1.CPC；1-2-2.真空集热管；2.储热系统；2-1.熔盐炉；2-2.热盐罐；2-3.冷盐罐；3.蒸汽发生系统：3-1.过热器，3-2.蒸发器，3-3.预热器。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实例作进一步详述：

实施例1：见图1，图2，一种太阳能高温热能系统，所述的太阳能集热系统1的输出端与所述的储热系统2的熔盐炉2-1的输出端通过管道连接到热盐罐2-2输入端；热盐罐2-2的输出端通过管道连接过热器3-1的输入端和蒸发器3-2的内管输入端；过热器3-1的输出端与熔盐炉2-1的输出端通过管道连接到熔盐炉2-1的输入端；蒸发器3-2的内管输入端通过管道连接到预热器3-2的输入端；预热器3-2的输出端与冷盐罐2-2的输入端与熔盐炉2-1的输出端连通：冷盐罐2-2的输出端与熔盐炉2-1的输入端与太阳能集热系统1的输入端连通；进水管与预热器3-3的内管输入端连通，预热器3-3的内管输出端连通蒸发器3-2的输入端，蒸发器3-2的输出端连通过热器3-1的内管输入端，过热器3-1的内管输出端连通蒸汽管道。

所述的太阳能集热系统1为线性菲涅尔式太阳能聚光器构成的集热系统，集热系统用吸热介质为熔融硝酸盐；所述的储热系统2采用熔融硝酸盐作为储热介质；系统输出热能温度高于500℃。

所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统1由一次反射镜1-1和接收器1-2组成，其中接收器1-2由复合抛物面聚光器1-2-1和真空集热管1-2-2组成。

所述的接收器1-2由复合抛物面聚光器1-2-1和单根真空集热管1-2-3组成，接收器汇聚率＞80％。

所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统1光学几何聚光倍数＞100倍。

所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统1的吸热介质为熔融硝酸盐中的一种。

所述的吸热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃。

所述的熔融盐储热系统2中的储热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃。

所述的太阳能集热系统1中的吸热介质和熔融盐储热系统2中的储热介质相同，且为熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃。

所述的太阳能由集热系统1收集后，经吸热介质吸收、输运并存储到储热系统2中再进入蒸汽发生系统3后输出所需热能。

实施例2：见图1，图2，一种太阳能高温热能系统，结构与实施1相同。

所述的太阳能高温热能系统，所述的吸热介质熔融硝酸盐三元硝酸盐为53％NaNO3:40％NaNO2:7％KNO3。

所述的太阳能高温热能输出系统，所述的熔融盐储热系统2中的储热介质为熔融硝酸盐三元硝酸盐为53％NaNO3:40％NaNO2:7％KNO3。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能集热系统1中的吸热介质和熔融盐储热系统2中的储热介质相同，且为熔融硝酸盐三元硝酸盐为53％NaNO3:40％NaNO2:7％KNO3。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能由集热系统1收集后，经吸热介质吸收、输运并存储到储热系统2中再进入蒸汽发生系统3后输出所需热能。

实验例1：见图1，图2，一种太阳能高温热能系统，结构与实施例1相同。

所述的太阳能高温热能系统，所述的吸热介质熔融硝酸盐为二元硝酸(60％NaNO₃:40％KNO₃)。

所述的太阳能高温热能输出系统，所述的熔融盐储热系统2中的储热介质为熔融硝酸盐为二元硝酸(60％NaNO₃:40％KNO₃)。

所述的太阳能高温热能系统，所述的太阳能集热系统1中的吸热介质和熔融盐储热系统2中的储热介质相同，且为熔融硝酸盐为二元硝酸(60％NaNO₃:40％KNO₃)。

实验结果：经过集热场后，二元硝酸(60％NaNO₃:40％KNO₃)温度升高到550℃，经过换热得到535℃的蒸汽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能高温热能系统，其特征在于所述的太阳能集热系统的输出端与储热系统的熔盐炉的输出端通过管道连接到热盐罐输入端；热盐罐的输出端通过管道连接过热器的输入端和蒸发器的内管输入端；过热器的输出端与熔盐炉的输出端通过管道连接到熔盐炉的输入端；蒸发器的内管输入端通过管道连接到预热器的输入端；预热器的输出端于冷盐罐的输入端与熔盐炉的输出端连通：冷盐罐的输出端与熔盐炉的输入端与太阳能集热系统的输入端连通；进水管与预热器的内管输入端连通，预热器的内管输出端连通蒸发器的输入端，蒸发器的输出端连通过热器的内管输入端，过热器的内管输出端连通蒸汽管道。

2.如权利要求1所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的太阳能集热系统为线性菲涅尔式太阳能聚光器构成的集热系统，集热系统用吸热介质为熔融硝酸盐；所述的储热系统采用熔融硝酸盐作为储热介质；系统输出热能温度高于500℃。

3.如权利要求1所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统由一次反射镜和接收器组成，其中接收器由复合抛物面聚光器和真空集热管组成。

4.如权利要求3所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的接收器由复合抛物面聚光器和单根真空集热管组成，接收器汇聚率＞80％。

5.如权利要求3所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统(1)光学几何聚光倍数＞100倍。

6.如权利要求4所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统(1)光学几何聚光倍数＞100倍。

7.如权利要求1所述的太阳能高温热能输出系统，其特征在于所述的由线性菲涅尔式聚光系统组成的太阳能集热系统的吸热介质为熔融硝酸盐中的一种。

8.如权利要求5所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的吸热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃或三元硝酸盐为53％NaNO₃:40％NaNO₂:7％KNO₃中的一种。

9.如权利要求1所述的太阳能高温热能输出系统，其特征在于所述的熔融盐储热系统中的储热介质熔融硝酸盐二元硝酸盐为60％NaNO₃:40％KNO₃或三元硝酸盐为53％NaNO₃:40％NaNO₂:7％KNO₃中的一种。

10.如权利要求1所述的太阳能高温热能系统，其特征在于所述的太阳能集热系统中的吸热介质和熔融盐储热系统中的储热介质相同。