CN106917729A - 太阳热能综合利用系统和方法 - Google Patents

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    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
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Abstract

提供了一种太阳热能综合利用系统和方法。该太阳热能综合利用系统包括：光热聚集子系统，用于接收太阳辐射并利用太阳辐射产生太阳热能；中低温发电子系统，用于利用太阳热能的中高温热能部分发电；低温物流子系统，用于利用太阳热能的中低温热能部分制冷；室内保温子系统，用于利用太阳热能的低温热能部分对室内环境保温；以及热能循环子系统，用于在光热聚集子系统、中低温发电子系统、低温物流子系统、以及室内保温子系统之间循环热传导与储能介质。

Description

太阳热能综合利用系统和方法
技术领域
本发明涉及太阳能利用，更具体地涉及一种太阳热能综合利用系统和方法。
背景技术
太阳能有两种利用途径：一种是通过光电池把太阳辐射转化为电能；另一种是通过太阳能集热器把太阳辐射转化为热能。
目前，利用太阳热能发电已成为太阳能利用的一种重要形式，其原理是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电(这种发电方式称为太阳能热发电)。按照太阳能采集方式，太阳能热发电可分为三类：太阳能槽式热发电；太阳能塔式热发电；以及太阳能碟式热发电。
太阳能槽式热发电是利用抛物柱面槽式反射镜将太阳热辐射聚焦到管状接收器上，并将管状接收器内的传热工质加热产生过热蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。太阳能塔式热发电是利用众多的定日镜将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(例如，太阳锅炉)上，加热传热工质产生过热蒸汽，或直接加热高温集热器中的水产生过热蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。太阳能碟式发电是利用曲面聚光反射镜将入射太阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电。
在太阳能槽式热发电和太阳能塔式热发电的情况下，由于只有中高温热能部分可以被转换为电能，而中低温热能部分和低温热能部分无法被利用，所以会造成有太阳热能的极大浪费。
发明内容
本发明提供了一种太阳热能综合利用系统和方法。
根据本发明实施例的太阳热能综合利用系统，包括：光热聚集子系统，用于接收太阳辐射并利用太阳辐射产生太阳热能；中低温发电子系统，用于利用太阳热能的中高温热能部分发电；低温物流子系统，用于利用太阳热能的中低温热能部分制冷；室内保温子系统，用于利用太阳热能的低温热能部分对室内环境保温；以及热能循环子系统，用于在光热聚集子系统、中低温发电子系统、低温物流子系统、以及室内保温子系统之间循环热传导与储能介质。
在根据本发明实施例的太阳热能综合利用系统中，光热聚集子系统包括被设置于房屋或者大棚顶部的多个太阳能集热器。
在根据本发明实施例的太阳热能综合利用系统中，中低温发电子系统包括多个有机朗肯循环发电机。
在根据本发明实施例的太阳热能综合利用系统中，低温物流子系统利用太阳热能的中低温热能部分，使用吸附式热泵制冷机进行制冷。
在根据本发明实施例的太阳热能综合利用系统中，低温物流子系统利用太阳热能的中低温热能部分，使用空调系统进行制冷。
根据本发明实施例的太阳能综合利用方法，包括：将太阳热能的中高温热能部分用于发电供电；将太阳热能的中低温热能部分用于低温物流系统的制冷；将太阳热能的低温热能部分用于室内环境的保温。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明实施例的太阳热能综合利用方法的示意图。
图2示出了用于实现图1中所示的太阳热能综合利用方法的太阳热能综合利用系统的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新颖的太阳热能综合利用方法和系统。下面结合附图，详细描述根据本发明实施例的太阳热能综合利用方法和系统。
图1示出了根据本发明实施例的太阳热能综合利用方法的示意图。如图1所示，该太阳热能综合利用方法包括：S102，将太阳热能的中高温热能部分用于发电供电；S104，将太阳热能的中低温热能部分用于低温物流系统的制冷；S106，将太阳热能的低温热能部分用于室内环境的保温。
图2示出了用于实现图1中所示的太阳热能综合利用方法的太阳热能综合利用系统的示意图。如图2所示，太阳热能综合利用系统200包括光热聚集子系统202、热能循环子系统204、中低温发电子系统206、低温物流子系统208、以及室内保温子系统210。
在一些实施例中，光热聚集子系统202可以被实现为太阳光热聚热田，其中太阳光热聚热田包括基本单位为例如，1MW的多个太阳能集热器。这里，太阳光热聚热田所包括的太阳能集热器的数目可以根据需要自由设置。在实际应用中，太阳能集热器可以流水线生产，从而可以降低成本、加快建设速度，并且可以根据土地地形与太阳日照条件等进行适应性地配置。也就是说，光热聚集子系统202可以包括多个太阳能集热器，并且可以根据需要对这些太阳能集热器进行布局。本领域技术人员已知的是，太阳能集热器是能够吸收太阳辐射、利用太阳辐射产生热能、并将太阳热能传递到热传导与储能介质的一种装置。
在一些实施例中，热能循环子系统204可以被实现为在光热聚集子系统202、中低温发电子系统206、低温物流子系统208、以及室内保温子系统210之间对热传导与储能介质进行循环的管状元件的集合。在一些实施例中，可以采用煤油作为热传导与储能介质，从而使得热能运用效率和可靠性比起过去的熔岩+热水的设计有了大幅度的提升。
在一些实施例中，中低温发电子系统206可以利用太阳热能的中高温热能部分发电，并且可以由有机朗肯循环(ORC)发电机实现。通常，可以使用蒸发温度在以下几个范围的有机介质作为ORC发电机的工作介质：1)80℃-150℃的低温范围；2)150℃-280℃的中温范围；3)200℃-400℃的高温范围。
在一些实施例中，中低温发电子系统206可以包括用于利用高中温热能部分发电的例如，4台ORC发电机、以及用于利用低温热能部分发电的例如，1台ORC发电机。其中，高中温发电后的余热可被用于低温发电。
在一些实施例中，低温物流子系统208可以利用太阳热能的中低温热能部分进行制冷，例如，可以利用中低温发电子系统206发电后的余热，使用吸附式热泵制冷机或者空调系统进行制冷从而提供诸如，低温仓库之类的低温存储空间所需的温度。
在一些实施例中，室内保温子系统210可以使用低温物流子系统208制冷后的余热为室内环境供热，从而将室内温度保持在相对舒适的水平。例如，室内保温子系统210可以通过使具有一定温度的热传导与储能介质在室内环境中循环，来为室内环境保温。也就是说，室内保温子系统210可以利用太阳热能的低温热能部分进行室内环境的保温。
在一些实施例中，光热聚集子系统202将热传导与储能介质逐渐加热到280摄氏度以上；热能循环子系统204将热传导与储能介质的温度保持在250摄氏度以上，并将热传导与储能介质从光热聚集子系统202运送至中低温发电子系统206；中低温发电子系统206中的用于利用高中温热能部分进行发电的ORC发电机利用热传导与储能介质所携带的热能推动涡轮发电后使得热传导与储能介质的温度降至150-180摄氏度，并将热传导与储能介质送入中低温发电系统204中的用于利用低温热能部分进行发电的ORC发电机推动涡轮发电；热传导与储能介质从中低温发电子系统206出来时温度大约为70-75摄氏度；热能循环子系统204将热传导与储能介质从中低温发电子系统206运送至低温物流子系统208；低温物流子系统208中的吸附式热泵或者空调系统利用热传导与储能介质携带的低温热能部分进行制冷；热传导与储能介质从低温物流子系统208出来时温度大约为30-35摄氏度；热能循环子系统204将热传导与储能介质从低温物流子系统208运送至室内保温子系统210；室内保温子系统210通过在室内环境中循环热传导与储能介质，维持室内环境处于15-25摄氏度；然后，热能循环子系统204将热传导与储能介质从室内保温子系统210运送回光热聚集子系统202。
以上所述的太阳热能综合利用系统200可以被应用于新能源科技农场中，以利用太阳能提供农场的各种能源需求。在这种场景下，光热聚集子系统202可以被安装在农场中的大棚或者房屋的顶部，以充分利用太阳辐射来获得热能；中低温发电子系统206、低温物流子系统208、以及室内保温子系统210可以充分利用光热聚集子系统202聚集的热能的每一区段的温度能量，实现对农场及其附近地区的供电、对低温存储空间的制冷、以及对诸如大棚之类的室内环境的保温。
新能源科技农场不仅可以利用太阳热能为农业生产、储存、物流等提供所需要的温度，还可以利用太阳热能发电，获得超过太阳能光伏发电的效益，因此创造了新的农业发展模式。
另外，通过新能源科技农场的大棚栽培，可使蔬果生产避免受到风灾、雨灾等的影响，减少对农业灾害的财政补贴，并且满足消费者对食品安全的基本需求。
如果能在城市周边建设一定数量的新能源科技农场，不仅可以稳定城市的食物供应，而且可以大幅降低由于远距离运输食物所造成的能源消耗和环境污染，进一步还可以建立起环绕大城市周边星罗棋布的新能源发电站，作为可靠的电力储备。
但是，需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (6)

1.一种太阳热能综合利用系统，包括：
光热聚集子系统，用于接收太阳辐射并利用所述太阳辐射产生太阳热能；
中低温发电子系统，用于利用所述太阳热能的中高温热能部分发电；
低温物流子系统，用于利用所述太阳热能的中低温热能部分制冷；
室内保温子系统，用于利用所述太阳热能的低温热能部分对室内环境保温；以及
热能循环子系统，用于在所述光热聚集子系统、所述中低温发电子系统、所述低温物流子系统、以及所述室内保温子系统之间循环热传导与储能介质。
2.如权利要求1所述的太阳热能综合利用系统，其中，所述光热聚集子系统包括被设置于房屋或者大棚顶部的多个太阳能集热器。
3.如权利要求1所述的太阳热能综合利用系统，其中，所述中低温发电子系统包括多个有机朗肯循环发电机。
4.如权利要求1所述的太阳热能综合利用系统，其中，所述低温物流子系统利用所述太阳热能的中低温热能部分，使用吸附式热泵制冷机进行制冷。
5.如权利要求1所述的太阳热能综合利用系统，其中，所述低温物流子系统利用所述太阳热能的中低温热能部分，使用空调系统进行制冷。
6.一种太阳能综合利用方法，包括：
将太阳热能的中高温热能部分用于发电供电；
将所述太阳热能的中低温热能部分用于低温物流系统的制冷；
将所述太阳热能的低温热能部分用于室内环境的保温。
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