CN104832387A - 液氮辅助储能型塔式太阳能发电站 - Google Patents

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Abstract

一种液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，包括塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐。所述塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐组成一个在白天工作的带储能功能的太阳能发电站。低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐组成一个液氮冷却的储能发电站，可在夜间工作。本发明利用液氮来提高晚间发电的效率，可提高晚间发电的能力，为24小时不间断的电力供应提供了一条技术路径，消除了太阳能发电的间歇性。本发明可望迅速降低太阳能发电成本，促进太阳能发电应用的普及。

Description

液氮辅助储能型塔式太阳能发电站
技术领域
本发明涉及太阳能发电的技术领域，特别是涉及塔式太阳能温差发电站(参见专利申请号201410771206.4)、储能型塔式太阳能温差发电站(参见专利申请号201510030003.4)。还涉及一种程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)，也可能涉及一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)、一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)、一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。
背景技术
最近提出了一种塔式太阳能温差发电站(参见专利申请号201410771206.4)、储能型塔式太阳能温差发电站(参见专利申请号201510030003.4)的技术方案，其以温差发动机为核心，通过聚光方式产生高温对热端进行加热，并利用热端和冷端的温差产生动力，进而带动发电机产生电力输出。这一类太阳能发电装置具有生产成本低、不需要水冷却、对环境要求低等优点，有望大幅度降低太阳能发电成本，使其降低到与传统发电方式接近的水平，有利于太阳能发电的推广普及。但这些技术方案在白天进行发电的效果较好，而在夜晚由于热端和冷端的温差较小，根据卡诺循环效率定律，其在晚上的效率较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种液氮辅助储能型塔式太阳能发电站的技术方案。本发明的技术方案是：一种液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，包括塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐。
所述塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐组成一个在白天工作的带储能功能的太阳能发电站。
在白天以太阳能聚光对高温温差发动机的加热器进行加温，导热油作为冷却工质使用，其流动方向是从低温储能罐流出，经高温温差发动机的冷却器，进入高温储存罐。此过程对高温温差发动机的冷却器进行冷却，同时升高导热油的温度，并将其保存在高温储能罐中。
高温温差发动机带动发电机一产生电力，通过配电房输出到电网。
高温温差发动机的ECU通过调节导热油的流量，调节及分配白天与夜晚的发电功率。
低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐组成一个液氮冷却的储能发电站，可在夜间工作。
在液氮冷却的储能发电站工作时，导热油用于为低温温差发动机提供热能，其流动方向是从高温储能罐流出，流经低温温差发动机的加热器，进入低温储能罐。
液氮冷却的储能发电站工作时，液氮从液氮储存罐流出，经过低温温差发动机的冷却器，对其进行冷却后气化，最后以废气形式通过烟囱排出。
在液氮冷却的储能发电站工作时，由低温温差发动机带动电动机二产生电力输出，并通过配电房统一输送到电网。
在液氮储存罐和低温温差发动机的冷却器之间装置有调节阀，受低温温差发动机中的ECU控制，低温温差发动机通过调节液氮的流量来调节自身的输出功率。
本发明的有益效果
本发明提出的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，配备了两组温差发动机，白天以高温温差发动机为核心，晚间以低温温差发动机为核心，白天夜晚都可以发电。根据卡诺循环效率定律，热机的最高效率由热端和冷端之间的绝对温差和热端的绝对温度决定。本发明在晚间发电时，以液氮来冷却低温温差发动机的冷端，提高了低温温差发动机冷端和热端的温差，因而也提高了晚间发电的效率。液氮是空气的主要成分，不会产生任何污染；而且液氮往往是生产其它气体产生的副产品，价格也非常低廉，近乎废物利用；即使为了利用液氮而专门生产，虽然液氮生产也要消耗能量，但液氮生产可在用电低谷时进行，相当于对电力进行了储存，因此不会额外增加二氧化碳和污染物的排放。依据本方案发出的电力，无论是发电时间还是发电质量，都可以与煤电媲美，长远来看有很大的机会取代煤电，为经济发展提供清洁廉价的电力，减少煤电的份额，对节能减排、保护环境、消除雾霾作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的基础。
附图说明
图1为该液氮辅助储能型塔式太阳能发电站的系统结构示意图；
图中1.反射镜场、2.塔架、3.温差发动机缸体、4.吸热器、5.高温温差发动机的的加热器、6.高温温差发动机的的冷却器、7.发电机一、8.高温储热罐、9.低温储热罐、10.烟囱、11.液氮储存罐、12.低温温差发动机的冷却器、13.电网、14.配电站、15.发电机二、16.低温温差发动机缸体、17.低温温差发动机的加热器。
实施方式
实施例一：参见图1，一种液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，包括塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐。
所述塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐组成一个在白天工作的带储能功能的太阳能发电站。
在白天以太阳能聚光对高温温差发动机的加热器进行加温，导热油作为冷却工质使用，其流动方向是从低温储能罐流出，经高温温差发动机的冷却器，进入高温储存罐。此过程对高温温差发动机的冷却器进行冷却，同时升高导热油的温度，并将其保存在高温储能罐中。
高温温差发动机带动发电机一产生电力，通过配电房输出到电网。
高温温差发动机的ECU通过调节导热油的流量，调节及分配白天与夜晚的发电功率。
低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐组成一个液氮冷却的储能发电站，可在夜间工作。
在液氮冷却的储能发电站工作时，导热油用于为低温温差发动机提供热能，其流动方向是从高温储能罐流出，流经低温温差发动机的加热器，进入低温储能罐。
液氮冷却的储能发电站工作时，液氮从液氮储存罐流出，经过低温温差发动机的冷却器，对其进行冷却后气化，最后以废气形式通过烟囱排出。
在液氮冷却的储能发电站工作时，由低温温差发动机带动电动机二产生电力输出，并通过配电房统一输送到电网。
在液氮储存罐和低温温差发动机的冷却器之间装置有调节阀，受低温温差发动机中的ECU控制，低温温差发动机通过调节液氮的流量来调节自身的输出功率。
本发明提出的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，配备了两组温差发动机，分别称为高温温差发动机和低温温差发动机。因工作温度不同，这两组温差发动机所使用的材料可能会有些不同，但以同样的原理工作。白天工作时，以高温温差发动机为核心，组成一个塔式太阳能温差发电站；晚间以低温温差发动机为核心，组成一个液氮冷却的储能发电站；两个发电系统通过储热罐连接在一起，成为一个整体。
在白天，以太阳能聚光加热高温温差发动机的加热器，以来自低温储热罐的导热油对高温温差发动机的冷却器进行冷却，温差发动机利用加热器和冷却器之间的温差产生动力，进而带动发电机产生电力输出。由于太阳能的不稳定，在此情况下要获得稳定的电力输出，其方法是调节导热油的流速。当导热油流速比较大时，对高温温差发动机冷端的冷却效果更好，温差发动机的输出功率也更高；反之，如果把导热油的流速降低，高温温差发动机冷端温度会比较高，和热端之间的温差就较小，温差发动机的输出功率就小。这样，就达到了调节白天的发电功率的目的。
通过调节导热油的流量，也可以用来分配白天的发电量和储存在高温储热罐中供晚上使用的能量的比例，其原理是：导热油的流速越快，则导热油吸收的热量就越少，储存下来供晚上使用的热能也越少，而白天的发电量就会比较高(因为冷端的温度较低)；如果导热油的流速慢，则导热油吸收的热量就比较多，储存下来供晚上使用的热能也多，而白天的发电量就比较低。为了调节导流油的流量，在低温储热罐到高温温差发动机的冷却器之间，必须装置节流阀，该节流阀受高温温差发动机的ECU控制。
由低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐组成了一个液氮辅助的储能发电站，这部分可以在夜晚工作，或者在某些需要提高电力输出功率的情况下使用。该部分以低温温差发动机为核心进行发电，这时，导热油用来加热低温温差发动机的加热器，同时以液氮对低温温差发动机的冷却器进行冷却。由于液氮的温度非常低，低温温差发动机可以利用导热油和液氮之间的温差，产生动力输出，进而带动发电机二产生电力输出。根据卡诺循环效率定律，热机的最高效率由热端和冷端之间的绝对温差和热端的绝对温度决定。在晚间发电时，以液氮来冷却低温温差发动机的冷端，可以提高低温温差发动机冷端和热端的温差，因而也提高了晚间发电的效率。
在晚间工作时，可通过调节液氮的流量来调节低温温差发动机的输出功率。当需要增加晚间的输出功率时，可增大液氮的流量，使得低温温差发动机的冷却器的温度更低，与加热器之间的温差更大，因而也就有了更大的输出功率。反之，则减少液氮的流量，其输出功率也就随着降低。
该方案对使用的导热油要求不高，中低温导热油即可满足要求。本方案所使用的冷却剂液氮，本身是空气的主要成分，不会产生任何污染；而且液氮往往是生产其它气体产生的副产品，价格也非常低廉，近乎废物利用；即使为了利用液氮而专门生产，虽然液氮生产也要消耗能量，但液氮生产可在用电低谷时进行，相当于对电力进行了储存，因此不会额外增加二氧化碳和污染物的排放。

Claims (10)

1.一种液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，包括塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐。
2.根据权利要求1所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：所述塔架、反射镜场、吸热器、高温温差发动机、发电机一、低温储能罐、高温储能罐组成一个在白天工作的带储能功能的太阳能发电站。
3.根据权利要求2所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：在白天以太阳能聚光对高温温差发动机的加热器进行加温，导热油作为冷却工质使用，其流动方向是从低温储能罐流出，经高温温差发动机的冷却器，进入高温储存罐。此过程对高温温差发动机的冷却器进行冷却，同时升高导热油的温度，并将其保存在高温储能罐中。
4.根据权利要求2所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：高温温差发动机带动发电机一产生电力，通过配电房输出到电网。
5.根据权利要求3所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：高温温差发动机的ECU通过调节导热油的流量，调节及分配白天与夜晚的发电功率。
6.根据权利要求1所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：低温储能罐、高温储能罐、低温温差发动机、发电机二、液氮储存罐组成一个液氮冷却的储能发电站，可在夜间工作。
7.根据权利要求6所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：在液氮冷却的储能发电站工作时，导热油用于为低温温差发动机提供热能，其流动方向是从高温储能罐流出，流经低温温差发动机的加热器，进入低温储能罐。
8.根据权利要求6所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：液氮冷却的储能发电站工作时，液氮从液氮储存罐流出，经过低温温差发动机的冷却器，对其进行冷却后气化，最后以废气形式通过烟囱排出。
9.根据权利要求6所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：在液氮冷却的储能发电站工作时，由低温温差发动机带动电动机二产生电力输出，并通过配电房统一输送到电网。
10.根据权利要求1所述的液氮辅助储能型塔式太阳能发电站，其特征是：在液氮储存罐和低温温差发动机的冷却器之间装置有调节阀，受低温温差发动机中的ECU控制，低温温差发动机通过调节液氮的流量来调节自身的输出功率。
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