CN105890229A - 太阳能热电冷小型分布式三联供系统及使用方法 - Google Patents

太阳能热电冷小型分布式三联供系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种太阳能热电冷小型分布式三联供系统及使用方法，其聚光集热器(1)的传热介质出口分别通过第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第三调节阀(7)经管道连接至ORC发电系统(2)、供热系统(3)、制冷系统(4)；聚光集热器(1)的反射镜(8)的镜面为弧面。本发明利用太阳热能，实现了冷、热、电三联供，可以根据用户的不同时期、不同能源用量的大小，动态调整冷、热、电三种能源的配比。

Description

太阳能热电冷小型分布式三联供系统及使用方法
技术领域
本发明涉及新能源综合利用领域，具体地，涉及太阳能热电冷小型分布式三联供系统及使用方法。
背景技术
随着全球变暖和化石能源枯竭等环境问题的加重，提高能源利用效率、改变能源结构对我国而言非常重要。国家在“十三五”发展规划纲要中明确指出：加快发展风能、太阳能、生物质能、水能、地热能，安全高效发展核电；加强储能和智能电网建设，发展分布式能源，推行节能低碳电力调度。
目前针对太阳热能的利用大多局限在只产生一种或二种能源，如产生热水、蒸汽或电，这方面的专利文献有“太阳光热水循环系统”、“无耗水风及太阳光热能综合一体集成发电装置”等，也有利用太阳热能进行大型发电的，如“太阳光热电槽式发电站系统”，发电功率都在5MW以上。
经检索，发现如下相关检索结果。
相关检索结果1：
申请(专利)号：CN201320325560.5名称：太阳光热水循环系统
摘要：该专利文献公开了一种太阳光热水循环系统，包括：一外框，包括上、下端敞口；聚光透镜，组设定位于上端敞口处；一可分拆式导水板组，组设定位于下端敞口处，包括：一下板，其二间隔位置处设有进、出水口；一上板，为具有导热性的金属板片体，上板呈组合于下板上方且与聚光透镜呈上下间隔配置关系；一导水空间，位于下、上板之间，且与进、出水口相连通；组合定位件，系藉以令上、下板的迭置组合状态定位；一隔热空间，设于外框内部，隔热空间为封闭状态而能阻隔空气流动；一底部封板，组设于可分拆式导水板组的下板底部。
技术要点比较：
1、集热设备不同：该专利文献主要阐述一种平板集热设备，这种设备可以将太阳热能转化为热水，热水的温度一般在80℃以下。而本发明是通过定日跟踪圆弧式玻璃吸热板采集太阳热，可将介质媒油加热至200℃。
2、系统不同：该专利文献只涉及集热系统，而集热系统仅是拟本发明的一个子系统。
相关检索结果2：
申请(专利)号：CN201110405550.8名称：太阳光热电槽式发电站系统
摘要：该专利文献是有关于一种太阳光热电槽式发电站系统，其从分利用太阳光反射线聚焦原理，通过槽式反射线聚焦镜组成的阵列，产生额定工质的饱和蒸汽推动汽轮机做功发电。并且采用可以燃烧多种燃料的闪蒸锅炉系统互补，从而使得系统不但在有太阳光时可以发电，在太阳光弱或无太阳光时也可以进行发电，同时系统在热力管路中，汽水不分层，能够实现连续不断的自动循环，互相补充。
技术要点比较：
该专利文献是阐述如何利用太阳热能及燃烧多种燃料进行发电，利用太阳热能将水加热至蒸汽状态，通过蒸汽推动汽轮机发电。而本发明是利用200℃的热媒油加热有机工质，生成具一定压力和温度的有机蒸汽，有机蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机进行发电。发电系统仅是本发明的一个子系统。
相关检索结果3：
申请(专利)号：CN201110136404.X名称：无耗水风及太阳光热能综合一体集成发电装置
摘要：该专利文献公开了一种无耗水风及太阳光热能综合一体集成发电装置，该发电装置包括建于山顶或坡顶位置的塔身装置，塔身装置上设置有转塔装置，转塔装置内设置有垂直风道、水平风道、气流发电机和分别控制两个风道单独通风的通风控制系统，垂直风道、水平风道单独通风来分别独立地驱动气流发电机发电。
技术要点比较：
该专利文献是阐述如何综合利用太阳能光热和风能一体装置进行发电，其原理和本发明有本质的不同。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳能热电冷小型分布式三联供系统。
根据本发明提供的一种太阳能热电冷小型分布式三联供系统，包括聚光集热器1、ORC发电系统2、供热系统3、制冷系统4；
聚光集热器1的传热介质出口分别通过第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7经管道连接至ORC发电系统2、供热系统3、制冷系统4。
优选地，聚光集热器1包括反射镜8、集热管9、集热器支架10；
反射镜8、集热管9安装于集热器支架10；
反射镜8的镜面为弧面。
优选地，集热管9沿着反射镜8的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。
优选地，反射镜8的镜面是对应圆心角为120度的弧面。
优选地，还包括定日跟踪系统，聚光集热器1的反射镜8安装在定日跟踪系统上。
优选地，聚光集热器1的传热介质出口通过第一循环泵11经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口；
第一调节阀5的出口经管道连接至ORC发电系统2的换热器的热流路通道入口；
第二调节阀6的出口经管道连接至供热系统3的换热器的热流路通道入口；
第三调节阀7的出口经管道连接至制冷系统4的换热器的热流路通道入口；
ORC发电系统2的换热器的热流路通道出口、供热系统3的换热器的热流路通道出口、制冷系统4的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵12经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口。
优选地，还包括冷却系统13；
第一水泵14、制冷系统4的冷凝器、冷却系统13的冷却水存储池经管道依次连接形成第一冷却水循环回路通道；
第二水泵15、ORC发电系统的冷凝器、冷却系统13的冷却水存储池经管道依次连接形成第二冷却水循环回路通道。
优选地，制冷系统4为溴化锂吸收制冷系统。
根据本发明提供的一种上述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统的使用方法，包括：
步骤1：关闭第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7，关闭第二循环泵12；开启第一循环泵11，使传热介质通过聚光集热器1吸收太阳能升温至第一阈值；
步骤2：若供热系统3需要制热，则打开第二调节阀6，开启第二循环泵12；若制冷系统4需要制冷，则打开第三调节阀7，开启第二循环泵12；若供热系统3不需要制热且制冷系统4不需要制冷，则打开第一调节阀5，开启第二循环泵12；或者，步骤2：分别独立控制第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7的开闭，当第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7中的任一个调节阀被打开，则开启第二循环泵12。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用太阳热能，实现了冷、热、电三联供。
2、本发明不仅可用在北方光照条件好、人迹罕至的地方，也可用在工业发达、光照强度不是很高的地方。其特点是小型化、高效化及易布置。
3、本发明得到应用后，可以根据用户的不同时期、不同能源用量的大小，动态调整冷、热、电三种能源的配比。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中太阳聚光集热器的结构示意图。
图中：
1-聚光集热器
2-ORC发电系统
3-供热系统
4-制冷系统
5-第一调节阀
6-第二调节阀
7-第三调节阀
8-反射镜
9-集热管
10-集热器支架
11-第一循环泵
12-第二循环泵
13-冷却系统
14-第一水泵
15-第二水泵
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种太阳能热电冷小型分布式三联供系统，包括聚光集热器1、ORC发电系统2、供热系统3、制冷系统4、冷却系统13、定日跟踪系统；聚光集热器1的传热介质出口分别通过第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7经管道连接至ORC发电系统2、供热系统3、制冷系统4。制冷系统4为溴化锂吸收制冷系统。供热系统3包括暖气系统或者暖水系统。
聚光集热器1的传热介质出口通过第一循环泵11经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口；第一调节阀5的出口经管道连接至ORC发电系统2的换热器的热流路通道入口；第二调节阀6的出口经管道连接至供热系统3的换热器的热流路通道入口；第三调节阀7的出口经管道连接至制冷系统4的换热器的热流路通道入口；ORC发电系统2的换热器的热流路通道出口、供热系统3的换热器的热流路通道出口、制冷系统4的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵12经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口。
其中，ORC(Organic Rankine Cycle，有机朗肯循环)发电系统2是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由换热器、透平、冷凝器以及工质泵四大部套组成。有机工质在换热器中从200℃热介质媒油中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机进行发电。供热系统3通过换热器能够利用200℃热媒油的热能将回水加热到所需要温度，通过热水循环泵输至众多的用户进行供暖。溴化锂吸收式制冷系统是以200℃热媒油为动力，水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，溴化锂吸收式制冷系统可制取10℃低温水。溴化锂吸收式制冷机组运动部件少，运转平稳，机组安装简便，噪声小，并可以在10％至100％之间进行冷量无级调节。
第一水泵14、制冷系统4的冷凝器、冷却系统13的冷却水存储池经管道依次连接形成第一冷却水循环回路通道；第二水泵15、ORC发电系统的冷凝器、冷却系统13的冷却水存储池经管道依次连接形成第二冷却水循环回路通道。冷却系统13以水作为冷却介质，并循环使用，要由冷却设备、水泵和管道组成；经冷却系统13冷却后的水分别流过ORC发电系统2及溴化锂吸收制冷系统的冷凝器，温度上升，升温后的循环水经循环泵打至冷却设备，冷却后的水再次循环使用。
如图2所示，聚光集热器1包括反射镜8、集热管9、集热器支架10；反射镜8、集热管9安装于集热器支架10；反射镜8的镜面为弧面。集热管9沿着反射镜8的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。反射镜8的镜面是对应圆心角为120度的弧面。还包括定日跟踪系统，聚光集热器1的反射镜8安装在定日跟踪系统上。其中，本领域技术人员理解，柱面是直线沿着一条定曲线平行移动所形成的曲面，圆柱面是直线沿着圆平行移动所形成的曲面，弧面是直线沿着一条弧平行移动所形成的曲面。
具体地，聚光集热器1中的传热介质为介质媒油，利用聚光集热器1能够将介质媒油加热至200℃～300℃。反射镜8的镜面采用弧面形状，相比采用抛物面镜面的槽式和平板式集热系统，光照强度可提升70～80％，整体集热效率提高20％以上；聚光率可达27倍，聚热温度高达300℃以上；虽比槽式和塔式低，但非常适合用于ORC发电系统；其特点是体积小、成本低廉、安装简便；在相同集热功率情况下，价格比槽式至少低30％以上。本发明在应用中可自动判断阴晴天，通过检测太阳辐照值如果大于设定值，定日跟踪系统起动，通过进行轴向和径向的转动，使聚光集热器1始终对着太阳。当太阳辐照值如果小于设定值时或检测聚光集热器1中的介质媒油温度大于设定温度时，反射镜偏转，聚光集热器1停止工作。
根据本发明提供的一种上述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统的使用方法，包括：
步骤1：关闭第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7，关闭第二循环泵12；开启第一循环泵11，使传热介质通过聚光集热器1吸收太阳能升温至第一阈值；
步骤2：若供热系统3需要制热，则打开第二调节阀6，开启第二循环泵12；若制冷系统4需要制冷，则打开第三调节阀7，开启第二循环泵12；若供热系统3不需要制热且制冷系统4不需要制冷，则打开第一调节阀5，开启第二循环泵12；或者，步骤2：分别独立控制第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7的开闭，当第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7中的任一个调节阀被打开，则开启第二循环泵12。
例如，在晴天，聚光集热器1通过定日追踪装置，将集热面板(反射镜)正对太阳，太阳光反射至集热管，集热管内的介质媒油经第一循环泵11不断循环吸收太阳热量，直至其温度升至200℃～300℃。在不需要供热、供冷或供热、供冷用不完热源时，打开第一调节阀5，热媒油进入ORC发电系统2发电，降至150℃排出，发出的电可直接并入电网或供单位内部机组使用。
在采暖季节或需干燥物品时，关闭第一调节阀5，打开第二调节阀6，200℃热媒油通过供热系统3加热供暖热水或为干燥物品提供热风。热媒油降至150℃排出。在夏季供冷时，关闭第一调节阀5和第二调节阀6，打开第三调节阀7，200℃热媒油通过制冷系统4，可为用户提供充足的冷量。
通过第一调节阀5、第二调节阀6、第三调节阀7的开关组合，ORC发电系统2、供热系统3、制冷系统4即可独立运行，也可任意组合运行，从而能够全面满足用户不同能源的需求。
由于采用了上述技术方案，本发明实现了光热冷热电三联供系统运行模式：聚光集热器1吸收太阳热量，将介质媒油加热至200℃～300℃。热媒油通过并联管道系统分别通过ORC发电系统2进行发电；通过溴化锂吸收式制冷系统进行制冷；通过供热系统3进行集中供热。经过汇总后的低温媒油经第二循环泵12打回聚光集热器1继续吸热，依此流程实现闭路循环。本发明可为用户提供多种能源，满足用户冷、热及电的不同用能需求；本发明经济及社会效率显著，以5.5MW光热三联供为例，每年可节约标煤990吨，减少CO2排放2468吨，相当于每年种植20000棵树木，80次A320客机从上海飞到北京所消耗的能源。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，包括聚光集热器(1)、ORC发电系统(2)、供热系统(3)以及制冷系统(4)；
聚光集热器(1)的传热介质出口分别通过第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第三调节阀(7)经管道连接至ORC发电系统(2)、供热系统(3)、制冷系统(4)。
2.根据权利要求1所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，聚光集热器(1)包括反射镜(8)、集热管(9)以及集热器支架(10)；
反射镜(8)、集热管(9)安装于集热器支架(10)上；
反射镜(8)的镜面为弧面。
3.根据权利要求2所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，集热管(9)沿着反射镜(8)的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。
4.根据权利要求2所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，反射镜(8)的镜面是对应圆心角为120度的弧面。
5.根据权利要求2所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，还包括定日跟踪系统，聚光集热器(1)的反射镜(8)安装在定日跟踪系统上。
6.根据权利要求1所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，聚光集热器(1)的传热介质出口通过第一循环泵(11)经管道连接至聚光集热器(1)的传热介质回流入口；
第一调节阀(5)的出口经管道连接至ORC发电系统(2)的换热器的热流路通道入口；
第二调节阀(6)的出口经管道连接至供热系统(3)的换热器的热流路通道入口；
第三调节阀(7)的出口经管道连接至制冷系统(4)的换热器的热流路通道入口；
ORC发电系统(2)的换热器的热流路通道出口、供热系统(3)的换热器的热流路通道出口、制冷系统(4)的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵(12)经管道连接至聚光集热器(1)的传热介质回流入口。
7.根据权利要求1所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，还包括冷却系统(13)；
第一水泵(14)、制冷系统(4)的冷凝器、冷却系统(13)的冷却水存储池经管道依次连接形成第一冷却水循环回路通道；
第二水泵(15)、ORC发电系统的冷凝器、冷却系统(13)的冷却水存储池经管道依次连接形成第二冷却水循环回路通道。
8.根据权利要求1所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统，其特征在于，制冷系统(4)为溴化锂吸收制冷系统。
9.一种权利要求6所述的太阳能热电冷小型分布式三联供系统的使用方法，其特征在于，包括：
-关闭第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第三调节阀(7)，关闭第二循环泵(12)；开启第一循环泵(11)，使传热介质通过聚光集热器(1)吸收太阳能升温至第一阈值；
-若供热系统(3)需要制热，则打开第二调节阀(6)，开启第二循环泵(12)；若制冷系统(4)需要制冷，则打开第三调节阀(7)，开启第二循环泵(12)；若供热系统(3)不需要制热且制冷系统(4)不需要制冷，则打开第一调节阀(5)，开启第二循环泵(12)；或者
-分别独立控制第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第三调节阀(7)的开闭，当第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第三调节阀(7)中的任一个调节阀被打开，则开启第二循环泵(12)。
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