CN106461268B - 外部太阳能接收器及塔型聚光热力太阳能电站 - Google Patents

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Abstract

一种外部太阳能接收器(1)，用于塔(8)和日光反射镜场类型的聚光热力太阳能电站，其中，每个热交换管道面板(2)连接到至少一个内部支撑元件(4)，该内部支撑元件具有与面板(2)基本上垂直的轴线，该内部支撑元件(4)进一步通过至少两个平行连接杆(5、6)可旋转地连接到属于内部结构的支撑件(7)，这两个平行连接杆基本上是水平的，分别在第一端铰接在内部支撑元件(4)上并在第二端铰接在内部结构的支撑元件(7)上，使得，在热交换管道面板(2)的热膨胀或收缩的作用下，每个热交换管道面板基本上与其自身平行地移动，且不会使其表面变形，并使得接收器(1)的多边形或圆形截面随后经历位似变换。

Description

外部太阳能接收器及塔型聚光热力太阳能电站
技术领域
本发明涉及聚光热力太阳能电站(CSP)的技术领域，更特别地，涉及塔型太阳能电站的技术领域。
背景技术
在塔型聚光太阳能电站中，通过一系列的镜子(叫做日光反射镜)朝向位于塔上的中心太阳能接收器反射太阳辐射，这将能量从太阳辐射传递至传热流体，其将变热并由此可用来发电。
日光反射镜设置有两个旋转机构，其允许跟踪太阳并总是朝向设定点返回太阳通量，不管是每天的什么时间还是什么季节。
在塔顶安装太阳能接收器，以从所有日光反射镜接收太阳辐射，而没有日光反射镜阻碍来自相邻日光反射镜的通量反射。
在太阳能接收器中产生的热流体例如可以是从所供应的水中产生的高压高温蒸汽。然后，在驱动发电机的蒸汽涡轮机中可直接使用该蒸汽。
该热流体还可以是用作加热流体的盐的混合物，其可大量储存在地面上并与蒸汽产生和电力产生并行地使用。因此，能将太阳能的收集与功率的产生隔开。
安装在塔顶的太阳能接收器可以是腔体类型的或外部类型的。在第一种情况中，腔体在其内部上设置有管道面板，捕获太阳光，并且，腔体的效果是减少辐射损耗。在外部类型的情况中，将捕获太阳辐射的管道面板安装在外部并且都围绕塔的周围。损耗相对于腔体系统来说稍大，但是更容易在其中聚光太阳辐射，平均热通量明显更高，并且，用于相同功率的面板的表面大幅减小。
在外部解决方案中，将平面面板并置，以形成具有规则多边形底座的直棱柱。根据所安装的功率不同，多边形底座可具有可变数量的面，例如从4个到32个。
常规做法是将每个面板固定至固定结构。然后，每个面板可在捕获太阳能之后在温度增加的作用下自由膨胀。
文献US 2012/312296公开了一种太阳能锅炉，其包括沿着内侧-外侧方向限定一轴线的锅炉支架。悬杆或竖直连接杆可旋转地安装至锅炉支架。托架可旋转地安装至悬杆，并且太阳能锅炉面板安装至托架。太阳能锅炉的面板限定与锅炉支架的轴线基本上垂直的纵向轴线。悬杆将锅炉支架连接至托架，以从锅炉支架支撑太阳能锅炉的面板的重量。悬杆和托架构造为并适于在托架相对于锅炉支架向内和向外运动的过程中保持托架的基本上恒定的定向。实际上，根据一个所示实施例，两个彼此平行的竖直连接杆与锅炉支架和托架形成平行四边形连杆。连接杆用来支撑面板的重量。面板在太阳能面板的热膨胀或收缩的作用下变形，但是，托架在连接杆的旋转作用下的向上运动是可忽略的。结果，太阳能面板实际上与其自身平行地移动。太阳能面板彼此不连接。将托架与该结构连接的冲击吸收器对风力起反作用。其并未提到太阳能面板可彼此连接。
文献EP 1 243 872公开了一种太阳能收集器，其具有多个吸收太阳辐射的吸收体。这些吸收体是多孔的，并允许吸入的空气通过。用于太阳能接收器的支撑结构由具有前壁、后壁、侧壁和腔体的模块形成。管道通过每个模块，那些管道将热空气运送至收集器中。冷空气逆流地流过腔体中的冷空气入口。冷空气在吸收体周围流动。由于使吸收体冷却，所以模块可由钢制成而没有任何过热危险。太阳能接收器是稳定的，且不需要在热空气外罩中具有阻挡装置。在连接元件附近安装不同的模块，使得其可没有张力地承受热膨胀。而且，模块的相邻侧在其整个表面上不接触，并为此提供拐角形状的间隙。而且，用铰接连杆使各种竖直安装的模块通过其上部与内壁连接，铰接连杆允许在竖直方向上膨胀。
文献WO 2013/019670描述了一种模块化太阳能接收器，其具有多个长方形的、正方形的、多边形的或圆形的结构的管道面板，并设计为与熔盐或与另一传热流体一起使用。传热流体沿着竖直路径蜿蜒穿过太阳能接收器的侧面(小平面)而流动。太阳能接收器可在仓库中装配，并可与支撑塔一起使用以形成太阳能系统。
文献WO 2010/048578公开了一种热交换器，其具有在仓库中装配的太阳能接收器，并具有传热表面和在结构上流体地与其互相连接的竖直蒸汽/水分离器的设备。提供竖直支撑结构以支撑竖直分离器和传热表面。从下方支撑竖直支撑结构，同时，从竖直支撑结构的上方支撑热交换器的竖直蒸汽/水分离器和传热表面。竖直支撑结构对热交换器和以下装置提供结构支撑和硬度，可通过该装置抓住热交换器并将其举起以放在预期位置。
在后两种安装中，将水平增强肋或梁附接至太阳能管道面板。从上方支撑所有面板并将其在接收器内从支撑结构悬挂。每个管道面板包括两个互相连接的板。每个板由两个条杆(其用销钉在其端部枢转)连接到附接至弯曲支架的凸片，弯曲支架进而通过结构钢附接至包括接收器的竖直支撑结构的柱。枢转条杆允许太阳能面板进行一定的旋转，从而允许对所支撑的面板的平均热膨胀起反作用。此系统对管道面板提供水平稳定性，同时允许管道自由且独立地竖直延伸，减小管道上的张力。而且，在这里，相邻管道面板在每个面上和每个高度(顶/底)处彼此横向地(水平地)隔开，这允许管道面板没有张力地进行不同程度的膨胀。
文献EP 0 106 688公开了一种用于接收太阳辐射能的接收器，其具有的特征是多个适合于接收待加热液流并产生蒸汽的蒸汽发生管道面板，和多个适合于接收待过热蒸汽流的过热管道面板，蒸汽发生管道面板和过热管道面板以并排的关系定位为接收太阳辐射能，并且，按照至少12个板的顺序，用蒸汽发生管道面板插入过热管道面板，使得至少12个板中每四个板的序列中包括至少一个过热管道面板和至少一个蒸汽发生管道面板。这里的问题产生于以下事实：过热管道面板经历了比蒸汽发生管道面板大得多的纵向膨胀。与前面的情况类似，过热管道面板通过连接杆连接到水平增强肋。此系统允许过热管道面板相对于水平肋竖直移动，从而相对于蒸汽发生管道面板竖直移动。
现有技术并未解决外部太阳能接收器中在面板形成具有多边形截面的棱柱的地方(即，在相邻面板彼此横向连接的地方)的热膨胀问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种当面板通过相邻侧彼此成对地连接时，允许对具有规则多边形截面的直棱柱外部接收器中的面板的横向膨胀起反作用的解决方案。
本发明的第一方面涉及一种直圆柱或直棱柱外部太阳能接收器，其具有规则多边形截面，用于塔型和日光反射镜场类型的聚光热力太阳能电站，包括内部结构和多个热交换管道的面板，热交换管道包含适合于从太阳辐射吸收能量的传热流体，所述面板根据情况而构成所述太阳能接收器的圆柱形表面部分或竖直棱柱面，竖直地定位并沿着相邻侧通过铰接连杆成对地连接，其中，每个热交换管道面板与至少一个内部支撑元件连接，内部支撑元件具有与面板基本上垂直的轴线，该内部支撑元件进一步使用至少两个平行连接杆可旋转地连接到属于上述内部结构的支撑件，该至少两个平行连接杆基本上是水平的且分别在第一端在内部支撑元件上铰接，在第二端在内部结构的支撑件上铰接，使得，在热交换管道面板的热膨胀或收缩的作用下，每个热交换管道面板基本上与其自身平行地移动，且不会使其表面变形，并使得接收器的多边形或圆形截面然后经历位似变换homothetictransformation，同位相似变换)。
根据本发明的优选实施例，外部太阳能接收器进一步包括以下特征中的至少一个：
-内部支撑元件包括杆、板或托架；
-传热流体包括液态水和/或水蒸汽；
-传热流体包括熔盐的混合物。
本发明的第二方面涉及一种塔型的聚光热力太阳能电站，包括如上所述的外部太阳能接收器。
附图说明
图1示出了安装至根据本发明的聚光太阳能塔的带有六边形截面的外部太阳能接收器的图示平面图。
图2示出了根据本发明的聚光太阳能塔的一个实例的透视图，其包括具有16个面的外部太阳能接收器。
图3示出了图2的太阳能塔的详细视图，其示出了本发明的特征。
具体实施方式
在本发明中提出的解决方案包括：
-将所有面板彼此连接，并且
-通过连接杆系统使每个面板与其自身平行地移动，这些连接杆在其两端均铰接。
因此，具有多边形截面的棱柱可在温度增加的作用下完全自由地膨胀，如果温度减小，可相反地自由收缩。连接杆允许通过保持棱柱的形状而对风力或从任何可能的地面震动产生的力起反作用。
图1用图示法示出了用于塔型太阳能电站8的外部接收器1，在手头用于说明目的的情况中，其是具有6个用作吸收面板的面2的规则直棱柱的形式，也就是说具有六边形截面，该面的数量不是限制性的。面板2通过铰接连杆3彼此成对地连接，由于垂直于面板2的紧固件4的原因，每个面板2能与其自身平行地移动。紧固件4(例如采用杆、板或托架的形式)固定至两个连接杆5、6，两个连接杆彼此平行并且一方面铰接至塔8内的固定支撑结构或框架7而另一方面铰接至紧固件4。
基本上水平的且彼此平行的连接杆5、6连接到面板2，并使面板2实际上在具有等于连接杆的长度的半径的圆上与其自身平行地移动一段。然而，设定面板的宽度的话，由面板的热膨胀导致的运动限制在大约1％至1.5％。因此可以说，每个面板在与其自身正交的方向上平行于其自身移动。设定其水平位置的话，连接杆5、6对太阳能面板的重量没有US2012/312296中那样的支撑功能。
根据设定的数学分布，作用于一个或多个面板2的风力分布在所有连接杆5、6上。
图2示出了用于塔型太阳能电站的熔盐接收器的一个实际实例，其是具有16个面的规则多边形棱柱的形式，具有等于18m的直径。面板的高度是18.4m。在面板的下部中并在上部中安装一组连接杆和连杆，对所有面板起反作用。所捕获的功率是700MW。
参考标号
1 外部接收器
2 吸收面板
3 铰接连杆
4 面板紧固件
5 连接杆
6 连接杆
7 框架
8 太阳能塔

Claims (5)

1.一种外部太阳能接收器(1)，所述外部太阳能接收器为直圆柱或直棱柱的、用于塔(8)和日光反射镜场型的聚光热力太阳能电站且具有相应的规则的圆形截面或多边形截面，所述外部太阳能接收器包括内部结构和热交换管道的多个面板(2)，所述热交换管道包含适合于从太阳辐射吸收能量的传热流体，所述面板(2)根据情况而构成所述外部太阳能接收器的圆柱形表面部分或竖直棱柱面，所述面板竖直地定位并沿着相邻的竖直侧通过铰接连杆(3)成对地连接，其特征在于，每个所述面板(2)与至少一个内部支撑元件(4)连接，所述内部支撑元件具有与所述面板(2)基本上垂直的轴线，所述内部支撑元件(4)使用至少两个平行的连接杆(5、6)能旋转地连接到属于所述内部结构的支撑件(7)，所述连接杆基本上是水平的并且分别在第一端铰接在所述内部支撑元件(4)上而在第二端铰接在所述内部结构的所述支撑件(7)上，使得，在所述面板(2)的热膨胀或收缩的作用下，每个所述面板基本平行于自身而移动，而不使所述面板的表面变形，并使得所述外部太阳能接收器(1)的圆形截面或多边形截面随后经历位似变换。
2.根据权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，所述内部支撑元件(4)包括杆、板或托架。
3.根据权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，所述传热流体包括液态水和/或水蒸汽。
4.根据权利要求1所述的外部太阳能接收器，其特征在于，所述传热流体包括熔盐的混合物。
5.一种塔(8)型聚光热力太阳能电站，包括根据前述权利要求中任一项所述的外部太阳能接收器(1)。
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