CN107542631B - 一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统 - Google Patents

一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统 Download PDF

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Abstract

一种三罐储热式点‑线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,包括太阳集热场和储热系统,太阳集热场包括高温太阳集热场和中低温太阳集热场,储热系统包括高温储热罐、中温储热罐和低温储热罐,高温太阳集热场收集的热量和高温储热罐储热介质进行热交换,高温储热罐的储热介质将热量传输至蒸汽发生系统产生蒸汽,蒸汽在发电系统做功发电;做功后的低温储热介质进入低温储热罐,低温储热罐的储热介质和中低温太阳集热场产生的热量进行交换后进入中温储热罐,低温储热罐出口通过阀门和中温储热罐入口连通,中温储热罐的储热介质经高温太阳集热场后进入高温储热罐;本发明提高太阳能的利用率,降低发电成本,节能减排。

Description

一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域,特别涉及一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统。
背景技术
近年来,人类已经对化石能源进行了过度的开发和利用,并已导致了气候变暖等严重问题,必须对当前能源结构进行合理调整,提高太阳能、风能等可再生能源在一次能源中的比重,降低对化石能源的依赖性。配备足够储热容量的太阳能热发电系统相较光伏发电和风力发电技术可以平抑外部多变气象条件扰动,辅以科学的运行模式后,太阳能热发电站可以实现连续、稳定运行,因此,被看作最有前景的可再生能源利用技术之一。
目前,国内外已经建有一些太阳能热发电示范电站和商业电站。现有配备储能的太阳能热发电站均为单一集热形式,然而不同形式太阳集热场获取的太阳能品位不同,如果将不同形式太阳集热场按照高品位和低品位进行梯级利用,将有助于提高电站的太阳能利用率。中国专利CN101539123A提出一种槽塔结合的双级储热太阳能热发电系统,该系统配备高低温两个大容量储热罐或两组高低温四个大容量储热罐,实现太阳能的梯级利用。该系统仅适用于塔式和槽式两种形式太阳能组合系统;对于双储热罐系统,该系统要求集热器换热介质和储热介质相同,且槽、塔吸热过程换热介质流率相同;对于四储热罐系统,该系统要求槽式和塔式集热系统分别配备高低温储热罐,槽、塔吸热过程换热介质流率相同。然而,槽式和塔式太阳集热场的极热特性随着时间变化各异,即在全年工作过程中并不能保证塔式和槽式集热场的得热量之比相同,所以根本无法保证塔式和槽式集热场内换热流体的流率时刻保持一致;太阳能热发电站的储热系统投资是电站成本的重要部分,四储热罐结构将极大地提高电站的投资成本;对于电站而已,系统结构和运行模式越复杂,电站运行的稳定性越低,四储热罐系统运行过程中需要频繁调整运行模式,将对电站运行稳定性造成影响。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,提高太阳能的利用率,降低发电成本,节能减排。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,包括太阳集热场1和储热系统2,太阳集热场1包括高温太阳集热场和中低温太阳集热场,储热系统2包括高温储热罐2001、中温储热罐2002和低温储热罐2003,高温太阳集热场收集的热量和高温储热罐2001储热介质进行热交换,高温储热罐2001的储热介质将热量传输至蒸汽发生系统3产生蒸汽、蒸汽在发电系统4做功发电;做功后的低温储热介质进入低温储热罐2003,低温储热罐2003的储热介质和中低温太阳集热场产生的热量进行交换后进入中温储热罐2002,低温储热罐2003出口通过阀门1024和中温储热罐2002入口连通,中温储热罐2002的储热介质经高温太阳集热场后进入高温储热罐2001。
所述的太阳集热场1包括塔式太阳集热场101和菲涅尔太阳集热场102,塔式太阳集热场101运行时,定日镜场1011将太阳光反射并聚焦于中央吸热器1012上,中央吸热器1012内的储热介质吸收热量后达到预期温度,进入高温储热罐2001,中央吸热器1012能够根据太阳辐射量调节储热介质的流率;
菲涅尔太阳集热场102运行时,菲涅尔集热系统1021聚焦太阳光并加热流经菲涅尔集热系统1021内的换热流体至预期温度,菲涅尔集热系统1021能够根据太阳辐射量调节换热流体流率,吸热后的换热流体通过换热器1022加热低温储热罐2003出口的储热介质,放热后的换热流体暂存于低温储热罐2003内,根据菲涅尔集热系统1021运行需要抽取换热流体进入菲涅尔集热系统1021进行下一个循环过程;换热器1022设置的旁路通过阀门1024将中温储热罐2002入口和低温储热罐2003出口连接,用于在需要时提高中温储热罐2002的入口的储热介质的量。
所述的高温储热罐2001和低温储热罐2003容量大,中温储热罐2002容量小,中温储热罐2002仅用于平衡点、线聚焦太阳集热场换热流体流率。
所述的高温储热罐2001中储热介质被传输至蒸汽发生系统3进行放热产生蒸汽,一部分高温储热介质依次流经过热器3003、蒸发器3002和预热器3001进行放热加热给水,给水则相反,依次流经预热器3001、蒸发器3002和过热器3003进行预热、蒸发和过热过程,充分放热后的储热介质被传输并储存在低温储热罐2003内;另一部分高温储热介质流经再热器3004加热再热蒸汽,放热后的储热介质与过热器3001出口的储热介质混合,预热器3001、蒸发器3002、过热器3003、再热器3004连接组成蒸汽发生系统3。
所述的发电系统4包括由高压缸4001、低压缸4002、发电机4003、凝汽器4004、低压加热器4005、除氧器4006和高压加热器4007连接成的朗肯循环。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明将太阳能热按照点-线聚焦类型进行区分,并分别加热低温储热介质和高温储热介质,使得太阳能热得到梯级利用,提高太阳能的光-热转换效率和电站的光-电转换效率。
2)本发明仅包括高温储热罐、低温储热罐和中温储热罐,高温储热罐和低温储热罐用于存储储热介质,中温储热罐用于暂存储热介质并借助阀门平衡塔式太阳集热场和菲涅尔太阳集热场得热量差引起的熔融盐流量之差,储热系统结构简单,投资较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。下述内容不是对本发明保护范围的限制,任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
如图1所示,一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,包括太阳集热场1、储热系统2、蒸汽发生系统3和发电系统4,太阳集热场1收集的太阳能被存储于储热系统2,根据电站运行需求将热量从储热系统2传输至蒸汽发生系统3产生蒸汽,蒸汽在发电系统4内做功发电。
所述的太阳集热场1包括塔式太阳集热场101和菲涅尔太阳集热场102,塔式太阳集热场101运行时,定日镜场1011将太阳光反射并聚焦于中央吸热器1012上,中央吸热器1012内的换热流体(以熔融盐为例说明)吸收热量后达到预期温度,进入高温储热罐2001,中央吸热器1012能够根据太阳辐射量调节熔融盐的流率;
菲涅尔太阳集热场102运行时,菲涅尔集热系统1021聚焦太阳光并加热流经菲涅尔集热系统1021内的换热流体(以导热油为例说明)至预期温度,菲涅尔集热系统1021能够根据太阳辐射量调节导热油流率,吸热后的导热油通过换热器1022加热低温储热罐2003出口的熔融盐,放热后的导热油暂存于低温储热罐2003内,根据菲涅尔集热系统1021运行需要抽取导热油进入菲涅尔集热系统1021进行下一个循环过程;换热器1022设置的旁路通过阀门1024将中温储热罐2002入口和低温储热罐2003出口连接,用于在需要时提高中温储热罐2002的入口的熔融盐量;
高温储热罐2001中熔融盐被传输至蒸汽发生系统3进行放热产生蒸汽,对于朗肯循环过热过程,一部分高温熔融盐依次流经过热器3003、蒸发器3002和预热器3001进行放热加热给水,给水则相反,依次流经预热器3001、蒸发器3002和过热器3003进行预热、蒸发和过热过程,充分放热后的熔融盐被传输并储存在低温储热罐2003内;另一部分高温熔融盐流经再热器3004加热再热蒸汽,放热后的熔融盐与过热器3001出口的熔融盐混合,预热器3001、蒸发器3002、过热器3003、再热器3004连接组成蒸汽发生系统3。
过热蒸汽进入高压缸4001做功,排汽一部分进入再热器3004吸收热量,另一部分用以加热高压加热器4007内给水,再热器3004出口再热蒸汽进入低压缸4002做功,并通过发电机4003发电,从低压缸4002抽汽经除氧器4006和低压加热器4005,乏汽进入凝汽器4004凝结成水,并注入低压加热器4005进行吸热,低压加热器4005和高压加热器4007采用逐级自流形式,高压加热器4007出口给水进入预热器3001吸收热量,高压缸4001、低压缸4002、发电机4003、凝汽器4004、低压加热器4005、除氧器4006、高压加热器4007连接组成发电系统4。
三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统的运行方法,包括以下步骤:太阳集热场1在运行过程中以塔式太阳集热场101为主,菲涅尔太阳集热场102为辅,即菲涅尔太阳集热场102用以加热低温储热罐2003出口的储热介质,为塔式太阳集热场101提供热量;塔式太阳集热场101运行时设定好中央吸热器1012出口储热介质的温度并根据塔式太阳集热场101的得热量随时调整换热流体的流率;菲涅尔太阳集热场102运行时设定好菲涅尔集热系统1021出口换热流体温度并根据菲涅尔太阳集热场102的得热量随时调整换热流体的流率,同时通过换热器1022加热低温储热罐2003出口的储热介质至预设温度;由于菲涅尔太阳集热场102和塔式太阳集热场101运行工况不同,在一年内不同运行时段,菲涅尔太阳集热场102所能加热的储热介质流率和塔式太阳集热场101内储热介质流率不同,当菲涅尔太阳集热场102所能加热的储热介质流率不小于塔式太阳集热场101内储热介质流率时,关闭阀门1024,多出的储热介质暂存于中温储热罐2002内,此时中温储热罐2002内储热介质储量增加,当菲涅尔太阳集热场102所能加热的储热介质流率小于塔式太阳集热场101内储热介质流率时,如果中温储热罐2002内储热介质足够,关闭阀门1024,不够的储热介质从中温储热罐2002内抽取,此时中温储热罐2002内储热介质储量减少,如果中温储热罐2002内储热介质不够,打开阀门1024,并设定阀门1024处的储热介质流率为塔式太阳集热场101内储热介质流率和菲涅尔太阳集热场102所能加热的储热介质流率之差。从太阳集热场1吸收了热量的储热介质被存储于高温储热罐2001,根据发电需求从高温储热罐2001中抽取适量的储热介质在蒸汽发生系统3中加热水产生蒸汽,放热后的储热介质被存储于低温储热罐2003内,运行时会有部分储热介质被动态存储于中温储热罐2002内,中温储热罐2002起缓存作用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,包括太阳集热场(1)和储热系统(2),其特征在于:太阳集热场(1)包括高温太阳集热场和中低温太阳集热场,储热系统(2)包括高温储热罐(2001)、中温储热罐(2002)和低温储热罐(2003),高温太阳集热场收集的热量和高温储热罐(2001)储热介质进行热交换,高温储热罐(2001)的储热介质将热量传输至蒸汽发生系统(3)产生蒸汽,蒸汽在发电系统(4)做功发电;做功后的低温储热介质进入低温储热罐(2003),低温储热罐(2003)的储热介质和中低温太阳集热场产生的热量进行交换后进入中温储热罐(2002),低温储热罐(2003)出口通过阀门(1024)和中温储热罐(2002)入口连通,中温储热罐(2002)的储热介质经高温太阳集热场后进入高温储热罐(2001);
所述的太阳集热场(1)包括塔式太阳集热场(101)和菲涅尔太阳集热场(102),塔式太阳集热场(101)运行时,定日镜场(1011)将太阳光反射并聚焦于中央吸热器(1012)上,中央吸热器(1012)内的储热介质吸收热量后达到预期温度,进入高温储热罐(2001),中央吸热器(1012)能够根据太阳辐射量调节储热介质的流率;
菲涅尔太阳集热场(102)运行时,菲涅尔集热系统(1021)聚焦太阳光并加热流经菲涅尔集热系统(1021)内的换热流体至预期温度,菲涅尔集热系统(1021)能够根据太阳辐射量调节换热流体流率,吸热后的换热流体通过换热器(1022)加热低温储热罐(2003)出口的储热介质,放热后的换热流体暂存于低温储热罐(2003)内,根据菲涅尔集热系统(1021)运行需要抽取换热流体进入菲涅尔集热系统(1021)进行下一个循环过程;换热器(1022)设置的旁路通过阀门(1024)将中温储热罐(2002)入口和低温储热罐(2003)出口连接,用于在需要时提高中温储热罐(2002)的入口的储热介质的量。
2.根据权利要求1所述的一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,其特征在于:所述的高温储热罐(2001)和低温储热罐(2003)容量大,中温储热罐(2002)容量小,中温储热罐(2002)仅用于平衡点、线聚焦太阳集热场换热流体流率。
3.根据权利要求1所述的一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,其特征在于:所述的高温储热罐(2001)中储热介质被传输至蒸汽发生系统(3)进行放热产生蒸汽,一部分高温储热介质依次流经过热器(3003)、蒸发器(3002)和预热器(3001)进行放热加热给水,给水则相反,依次流经预热器(3001)、蒸发器(3002)和过热器(3003)进行预热、蒸发和过热过程,充分放热后的储热介质被传输并储存在低温储热罐(2003)内;另一部分高温储热介质流经再热器(3004)加热再热蒸汽,放热后的储热介质与过热器(3001)出口的储热介质混合,预热器(3001)、蒸发器(3002)、过热器(3003)、再热器(3004)连接组成蒸汽发生系统(3)。
4.根据权利要求1所述的一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统,其特征在于:所述的发电系统(4)包括由高压缸(4001)、低压缸(4002)、发电机(4003)、凝汽器(4004)、低压加热器(4005)、除氧器(4006)和高压加热器(4007)连接成的朗肯循环。
5.一种三罐储热式点-线聚焦混合集热场太阳能热发电系统的运行方法,其特征在于,包括以下步骤:太阳集热场(1)在运行过程中以塔式太阳集热场(101)为主,菲涅尔太阳集热场102为辅,即菲涅尔太阳集热场102用以加热低温储热罐(2003)出口的储热介质,为塔式太阳集热场(101)提供热量;塔式太阳集热场(101)运行时设定好中央吸热器(1012)出口储热介质的温度并根据塔式太阳集热场(101)的得热量随时调整换热流体的流率;菲涅尔太阳集热场(102)运行时设定好菲涅尔集热系统(1021)出口换热流体温度并根据菲涅尔太阳集热场(102)的得热量随时调整换热流体的流率,同时通过换热器(1022)加热低温储热罐(2003)出口的储热介质至预设温度;由于菲涅尔太阳集热场(102)和塔式太阳集热场(101)运行工况不同,在一年内不同运行时段,菲涅尔太阳集热场(102)所能加热的储热介质流率和塔式太阳集热场(101)内储热介质流率不同,当菲涅尔太阳集热场(102)所能加热的储热介质流率不小于塔式太阳集热场(101)内储热介质流率时,关闭阀门(1024),多出的储热介质暂存于中温储热罐(2002)内,此时中温储热罐(2002)内储热介质储量增加,当菲涅尔太阳集热场(102)所能加热的储热介质流率小于塔式太阳集热场(101)内储热介质流率时,如果中温储热罐(2002)内储热介质足够,关闭阀门(1024),不够的储热介质从中温储热罐(2002)内抽取,此时中温储热罐(2002)内储热介质储量减少,如果中温储热罐(2002)内储热介质不够,打开阀门(1024),并设定阀门(1024)处的储热介质流率为塔式太阳集热场(101)内储热介质流率和菲涅尔太阳集热场(102)所能加热的储热介质流率之差;从太阳集热场(1)吸收了热量的储热介质被存储于高温储热罐(2001),根据发电需求从高温储热罐(2001)中抽取适量的储热介质在蒸汽发生系统(3)中加热水产生蒸汽,放热后的储热介质被存储于低温储热罐(2003)内,运行时会有部分储热介质被动态存储于中温储热罐(2002)内,中温储热罐(2002)起缓存作用。
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