CN107023446B - 一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统 - Google Patents

Abstract

一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统，属于太阳能热发电技术领域。本发明包括集热装置、热盐罐、换热器、冷盐罐、预热器、高温二氧化碳储罐、低温二氧化碳储罐、汽轮机和发电机，汽轮机与发电机相连；集热器、热盐罐、换热器、冷盐罐和预热器组成集热回路，热熔盐在换热器内将热量交换给二氧化碳，最后将高温二氧化碳传递给汽轮机做功，同时利用高温二氧化碳储罐储存交换后的二氧化碳，用于夜晚或阳光缺失时将高温二氧化碳传递给汽轮机做功。本发明系统紧凑，布置简单，提高电厂热效率，充分利用了捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，同时直接利用二氧化碳工质发电。

Description

一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发 电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能光热发电系统，属于太阳能热发电技术领域。

背景技术

能源问题是关系到国计民生的首要问题。上世纪下半时由于煤、石油等矿物燃料的大量开采使用，世界上的能源问题并不突出，人们一度认为有便宜而用之不竭的石油和煤气。直到上世纪七十年代人们才发现这种假想是完全不可能的，石油和煤气面临枯竭。于此同时随着各国科技日益发达环境的污染问题也日益严重起来，大量温室气体的排放导致全球气候变暖。因此世界各国必须扩大和分散当前的能源供应基础，充分利用可用的和可再生的清洁无污染的资源，减少对石油和煤气的依赖，减少环境污染。

菲涅尔太阳能光热发电电站是以太阳能为能源的发电设备，其集热工质一般为熔盐、导热油等，做功工质为水，因此需要大量的水资源，而我国光热资源丰富的地区大都集中在西北干旱缺水区域；受地域性影响太阳能光热发电电站就不能在西北干旱缺水地域进行实用，同时太阳能资源的缺点是到达地球表面的能流密度低，并且受昼夜、季节以及晴阴云雨等因素的影响，供能是间断且不稳定的，因此急需提供一种利用其他介质作为做功工质的光热发电系统，既能满足西北干旱地域发电使用，同时不受晴阴云雨等因素的制约，实现人们对电的使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，进而提供一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统。

本发明的技术方案：

一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统包括集热器、热盐罐、换热器、冷盐罐、预热器、高温二氧化碳储罐、低温二氧化碳储罐、汽轮机和发电机，所述的汽轮机与发电机相连；

所述的集热器包括多根并列设置的集热管，多根并列设置的集热管的上端汇流形成一根热熔盐传输管道，所述的热熔盐传输管道通过热盐罐与换热器的熔盐进口端连通，所述的多根并列设置的集热管的下端汇流形成一根冷熔盐传输管道，冷熔盐传输管道与冷盐罐连通，冷盐罐通过预热器与换热器的熔盐出口端连通；

所述的换热器上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐，并最终与汽轮机相连；所述的换热器的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐的出口端相连，低温二氧化碳储罐的入口端与预热器连通。

优选的：所述的集热器的每根集热管的集热壁外周围设置有二次反射镜和透明盖板，所述的二次反射镜是内侧面为弯曲成复合抛物面形状的二次反射镜，所述的二次反射镜的抛面开口端通过透明盖板封闭。

优选的：所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统还包括压缩机和冷却器，冷却器的一端与汽轮机相连，冷却器的另一端通过压缩机与预热器建立连接。

优选的：所述的低温二氧化碳储罐的入口端与高温二氧化碳储罐和汽轮机的连接管路建立连通。

本发明具有以下有益效果：本发明的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统以二氧化碳为储热及做功工质的塔式太阳能发电系统，不仅能节约水，而且充分利用了捕集的二氧化碳，减少温室气体的排放，同时直接利用二氧化碳工质发电，与目前所流行的太阳能－蒸汽动力发电系统相比，系统设备紧凑，布置简单，提高电厂热效率，同时以二氧化碳为工质的压缩机动力设备结构更紧凑，电厂热效率高，且系统中无相变，结构简单。

附图说明

图1是一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统的连接关系图；

图2是集热器的组成结构图；

图中1-集热器，2-热盐罐，3-换热器，4-冷盐罐，5-预热器，6-高温二氧化碳储罐，7-低温二氧化碳储罐，8-汽轮机，9-发电机，10-压缩机，11-冷却器，12-集热管，13-热熔盐传输管道，14-冷熔盐传输管道，15-二次反射镜，16-通过透明盖板。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统包括集热器1、热盐罐2、换热器3、冷盐罐4、预热器5、高温二氧化碳储罐6、低温二氧化碳储罐7、汽轮机8和发电机9，所述的汽轮机8与发电机9相连；所述的集热器1包括多根并列设置的集热管12，多根并列设置的集热管12的上端汇流形成一根热熔盐传输管道13，所述的热熔盐传输管道通过热盐罐2与换热器3的熔盐进口端连通，所述的多根并列设置的集热管12的下端汇流形成一根冷熔盐传输管道14，冷熔盐传输管道14与冷盐罐4连通，冷盐罐4通过预热器5与换热器3的熔盐出口端连通；所述的换热器3上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器3的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机8相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐6，并最终与汽轮机8相连；所述的换热器3的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐7的出口端相连，低温二氧化碳储罐7的入口端与预热器5连通。如此设置，集热器1能够从其布置在集热器1四周的反射镜内吸收太阳的反射光，并对集热器1的集热管12内的热熔盐进行加热(低温熔盐经过表面式吸热器被加热到565℃)，加热后的热熔盐通过汇流的热熔盐传输管道13进入热盐罐2，随后进入换热器3，与此同时，低温二氧化碳储罐7向换热器3内输入低温二氧化碳，在换热器3的作用下将热熔盐的热量传给二氧化碳，此时的高温二氧化碳通过换热器3的高温二氧化碳出口输出，其中一部分直接进入汽轮机8用于汽轮机的做功，进而实现发电，通过换热器3的高温二氧化碳出口输出的另一部分高温二氧化碳进入高温二氧化碳储罐6进行储存，当阳光缺失或者夜间时，储罐内的部分高温二氧化碳直接输出到汽轮机用于做功发电；经过换热器3换热后的热熔盐将热量换给了二氧化碳，换热后的热熔盐经过预热器5预热后进入冷盐罐4，冷盐罐4为集热器1提供了热量传递的介质(即冷熔盐)；此时集热器1、热盐罐2、换热器3、预热器5和冷盐罐4形成了一个集热的回路，集热器1吸收太阳能的热量，并将热量以介质传输的方式传递给换热器3，并在换热器3内与二氧化碳储罐提供的以二氧化碳为做功工质的介质进行热量交换，这种利用二氧化碳为工质的发电工作能够有效节约水资源。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统所述的集热器的每根集热管12的集热壁外周围设置有二次反射镜15和透明盖板16，所述的二次反射镜15是内侧面为弯曲成复合抛物面形状的二次反射镜，所述的二次反射镜15的抛面开口端通过透明盖板16封闭。如此设置，在集热管12的外壁周围设置有的二次反射镜15能够更好的吸收太阳光反射的光能，提高了集热管12的热量集存效率，太阳光自反射镜反射的光穿过透明盖板16并在二次反射镜15的抛物线内侧面的二次反射下被集热管收集，利用这种方式收集后集热管内部的介质热量均匀度高，太阳光反射率高，安装在集热管集热壁外围的二次反射镜15稳定性好、牢固度好、使用寿命长，且加工工艺简单，便于使用。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的塔式太阳能光热发电系统还包括压缩机10和冷却器11，冷却器11的一端与汽轮机8相连，冷却器11的另一端通过压缩机10与预热器5建立连接。如此设置，汽轮机8排放的二氧化碳在冷却器11和压缩机10的作用下将二氧化碳传递至预热器5，预热后的二氧化碳直接储藏至低温二氧化碳储罐7，这种利用二氧化碳为储热和做功工质的方式可达到较高的循环热效率，同时这种方式充分利用了捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，同时直接利用推动汽轮机工作后剩余的二氧化碳作为工质发电，能够有效控制二氧化碳的排放程度，降低二氧化碳作为全球变暖的主要因素，提高了环境。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统所述的低温二氧化碳储罐7的入口端与高温二氧化碳储罐6和汽轮机8的连接管路建立连通。如此设置，当所述的进入到高温二氧化碳储罐6的高温二氧化碳的热量不能够满足汽轮机做功时，直接转存到低温二氧化碳储罐7内部，这样的储存方式有效利用二氧化碳，避免整个发电过程的二氧化碳排放，减轻空气污染，提高环境质量。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统，其特征在于：包括集热器(1)、热盐罐(2)、换热器(3)、冷盐罐(4)、预热器(5)、高温二氧化碳储罐(6)、低温二氧化碳储罐(7)、汽轮机(8)和发电机(9)，所述的汽轮机(8)与发电机(9)相连；

所述的集热器(1)包括多根并列设置的集热管(12)，多根并列设置的集热管(12)的上端汇流形成一根热熔盐传输管道(13)，所述的热熔盐传输管道通过热盐罐(2)与换热器(3)的熔盐进口端连通，所述的多根并列设置的集热管(12)的下端汇流形成一根冷熔盐传输管道(14)，冷熔盐传输管道(14)与冷盐罐(4)连通，冷盐罐(4)通过预热器(5)与换热器(3)的熔盐出口端连通；

所述的换热器(3)上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器(3)的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机(8)相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐(6)，并最终与汽轮机(8)相连；所述的换热器(3)的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐(7)的出口端相连，低温二氧化碳储罐(7)的入口端与预热器(5)连通；

所述的集热器的每根集热管(12)的集热壁外周围设置有二次反射镜(15)和透明盖板(16)，所述的二次反射镜(15)是内侧面为弯曲成复合抛物面形状的二次反射镜，所述的二次反射镜(15)的抛面开口端通过透明盖板(16)封闭。

2.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统，其特征在于：所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统还包括压缩机(10)和冷却器(11)，冷却器(11)的一端与汽轮机(8)相连，冷却器(11)的另一端通过压缩机(10)与预热器(5)建立连接。

3.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的菲涅尔式太阳能光热发电系统，其特征在于：所述的低温二氧化碳储罐(7)的入口端与高温二氧化碳储罐(6)和汽轮机(8)的连接管路建立连通。