CN107642912A - 一种风、光和热储能互补发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风、光和热储能互补发电系统，属于电力技术领域，包括风力发电机、光伏电池板、交流稳压电路、逆变器、铅碳电池及其补偿电路、熔盐加热系统、太阳能集热器群组、熔盐存储容器和常规汽轮发电机，解决了通过存储的热能来补偿光伏与风力发电功率的波动的技术问题；本发明最适合与光热太阳能集热器加热熔盐储热类型发电厂以互补性质运行，当大规模的光伏以及风力电站使用超过8小时的熔盐储热之后，将可实现24×7的稳定电源输出，而且熔盐储热的方式较现有的储能方式成本低廉且环保。

Description

一种风、光和热储能互补发电系统

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种风、光和热储能互补发电系统。

背景技术

日照与风力是完全不可控以及不可预测的，除了日落之后光伏电站完全无法工作之外，还有偶尔出现的云层造成光伏电站发电的波动，而风力电站也会随着风力大小的变动造成发出的能量波动不定。

光伏与风力发电功率的波动达到一定程度时，会导致电网电压产生明显的波动，进而破坏电力系统的电压稳定性。而电压的稳定性是电力系统运行重点考虑的问题。

目前，最常使用的方式就是蓄电池储存电力，但是随着蓄电池使用材料的不同，延伸出来的问题也不同。最主要就是环保以及成本的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风、光和热储能互补发电系统，解决了通过存储的热能来补偿光伏与风力发电功率的波动的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种风、光和热储能互补发电系统，一种风、光和热储能互补发电系统，包括风力发电机、光伏电池板、交流稳压电路、逆变器、铅碳电池及其补偿电路、熔盐加热系统、太阳能集热器群组、熔盐存储容器和汽轮发电机，风力发电机发出的交流电接入交流稳压电路中，光伏电池板发出的直流电一路接入逆变器中，一路接入铅碳电池及其补偿电路中，铅碳电池及其补偿电路连接逆变器，逆变器连接交流稳压电路，交流稳压电路输出的稳压后的交流电为熔盐加热系统供电，熔盐加热系统的熔盐输出端通过熔盐泵a连接熔盐存储容器，太阳能集热器群组熔盐输出端通过熔盐泵b连接熔盐存储容器，熔盐存储容器的熔盐输出端通过熔盐泵c连接熔盐炉的熔盐输入端，熔盐炉的蒸汽出口管路连接汽轮发电机的蒸汽入口。

汽轮发电机发出的电并入电网。

风力发电机发出的电并入电网，光伏电池板发出的电通过逆变器并入电网。

太阳能集热器群组为槽式光热集热器。

本发明所述的一种风、光和热储能互补发电系统，解决了通过存储的热能来补偿光伏与风力发电功率的波动的技术问题；本发明最适合与光热太阳能集热器加热熔盐储热类型发电厂以互补性质运行，当大规模的光伏以及风力电站使用超过8小时的熔盐储热之后，将可实现24×7的稳定电源输出，而且熔盐储热的方式较现有的储能方式成本低廉且环保。

附图说明

图1是本发明的系统原理方框图；

图2是本发明熔盐管路连接图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是图1的左视图；

图5是在实施例1中的图1中的A-A视图；

图6是底支架与驱动机构的结构示意图；

图7是光热集热器中扭转管与联动机构的结构示意图；

图8是集热管支架与管安装组件的结构示意图；

图9是图6中A处局部放大图；

图10是图7的左视图；

图11是滑轨支架的结构示意图；

图12是图9中的H-H断面图；

图13是同步检测装置的使用状态参考图；

图中：熔盐加热系统50、熔盐泵a51、熔盐泵b52、太阳能集热器群组53、集热管54、熔盐存储容器55、熔盐炉56、汽轮机57。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种风、光和热储能互补发电系统，包括风力发电机、光伏电池板、交流稳压电路、逆变器、铅碳电池及其补偿电路、熔盐加热系统50、太阳能集热器群组53、熔盐存储容器55和汽轮发电机57。

风力发电机发出的交流电接入交流稳压电路中，光伏电池板发出的直流电一路接入逆变器中，一路接入铅碳电池及其补偿电路中，铅碳电池及其补偿电路连接逆变器，逆变器连接交流稳压电路，交流稳压电路输出的稳压后的交流电为熔盐加热系统50供电，熔盐加热系统50自带熔盐罐和插入熔盐罐内并加热熔盐罐内熔盐的电加热管，交流稳压电路的输出端连接电加热管的输入端，熔盐加热系统50为现有技术，故不详细叙述。

熔盐加热系统50的熔盐输出端通过熔盐泵a51连接熔盐存储容器55，熔盐加热系统50自带的熔盐罐设置熔盐输出端口，熔岩输出端口管路连接熔盐泵a51的进口，熔盐泵a51的出口管路连接熔盐存储容器55的进口a。

太阳能集热器群组熔盐输出端通过熔盐泵b52连接熔盐存储容器55，太阳能集热器群组为槽式光热集热器群组，太阳能集热器群组包括数个槽式太阳能集热器(也称为槽式光热集热器)，数个槽式太阳能集热器的集热管54依次串联连通并构成一个集热管路，槽式太阳能集热器利用太阳能加热集热管54中的熔盐，集热管路的输出端口管路连接熔盐泵b52的进口，熔盐泵b52的出口管路连接熔盐存储容器55的进口b。

熔盐存储容器55为熔盐储热罐或是输送到光热发电的熔盐储热系统储存热能，熔盐存储容器55设有所述进口a、进口b和熔盐输出端口。

熔盐存储容器55的熔盐输出端口通过熔盐泵c连接熔盐炉56的熔盐输入端，熔盐炉56设有熔盐输入端口和蒸汽出口，熔盐炉56的熔盐输入端为其熔盐输入端口，即熔盐存储容器55的熔盐输出端口管路连接熔盐泵c的进口，熔盐泵c的出口管路连接熔盐炉56的熔盐输入端口。

熔盐炉56的蒸汽出口管路连接汽轮发电机57的蒸汽入口。

汽轮发电机57发出的电并入电网。

风力发电机发出的电并入电网，光伏电池板发出的电通过逆变器并入电网。

槽式光热集热器群组中相邻两个槽式光热集热器的集热管通过波纹管连接并连通，波纹管外圈缠绕电加热丝，所有波纹管外的电加热丝构成抗侯防凝系统，交流稳压电路输出的稳压后的交流电也为抗侯防凝系统供电。

使用时，本发明分别将不稳定的光伏电池板和风力发电机的电源，先经过交流稳压电路将不稳定的电流调试到熔盐加热系统50可操作的容许范围内，防止熔盐加热系统50因电流过大而烧毁，再利用电力驱动熔盐加热系统50来加热熔盐，加热后的熔盐则输送到熔盐存储容器55中存储热能，当光伏电池板和风力发电机的发电量不足时，将熔盐存储容器55中加热后的熔盐提供给汽轮发电机57进行发电，汽轮发电机57发出的电并入电网中，为光伏电池板和风力发电机的发电量提供补偿。

本发明所述的一种风、光和热储能互补发电系统，解决了通过存储的热能来补偿光伏与风力发电功率的波动的技术问题；本发明最适合与光热太阳能集热器加热熔盐储热类型发电厂以互补性质运行，当大规模的光伏以及风力电站使用超过8小时的熔盐储热之后，将可实现24×7的稳定电源输出，而且熔盐储热的方式较现有的储能方式成本低廉且环保。

如图3-图13所述的槽式太阳能集热器结构如下：

包括左右间隔设置地两个底支架2、分别设于两个底支架2上的两个联动机构13、一根横向设置的扭转管3和一根竖向设置的电动推杆1，扭转管3外固设集热管支架25、反射镜组22和信号板45，集热管支架25上设置集热管23，信号板45固设在扭转管3的下侧，信号板45上设有信号过孔46，扭转管3左右水平设置，集热管23也为左右水平设置，集热管23平行间隔设于扭转管上侧，集热管23内流体为熔盐；所述底支架2的底端固定在地面上，两个底支架2上的两个联动机构13左右间隔对称设置；

联动机构13结构如下：包括通过轴b6与底支架2铰接连接的驱动连接板8、通过轴a5与底支架2铰接连接的摇杆4和通过轴c7与驱动连接板8铰接连接的驱动连杆9，摇杆4和驱动连杆9通过轴d10铰接连接，驱动连接板8竖直设置，轴a5和轴b6分别通过两轴承安装在底支架2上，两轴承分别设于两轴承座内，轴承座固定连接在底支架2上，轴c7一端固定在驱动连接板8上，轴a5、轴b6、轴c7、轴d10和轴e12均与扭转管3平行，轴a5中心线至轴d10中心线之间的距离与轴c7中心线至轴d10中心线之间的距离相等，依次连接轴a5、轴b6、轴c7、轴d10的连线构成一个竖向的四边形，即轴a5、轴b6、轴c7、轴d10依次间隔设置并分别位于一个四边形的四个角点，轴b6与轴a5上下间隔，轴c7与轴d10上下间隔，轴b6、轴c7前后横向间隔设置，轴a5与轴d10前后横向间隔设置，驱动连接板8、驱动连杆9和摇杆4构成一个三连杆机构，整个驱动连接板8围绕轴b6转动，轴d10围绕轴a5转动；

电动推杆1竖向倾斜设置，电动推杆1包括套筒和推杆，电动推杆1的推杆为斜向上伸出，电动推杆1的底端为套筒的底端，驱动连接板8、摇杆4和驱动连杆9均间隔设于电动推杆1的底端上方，电动推杆1的顶端为推杆的顶端(电动推杆为现有技术，故不详细叙述)；

在同一槽式光热集热器21中，电动推杆与其中一个底支架上的联动机构(左侧底支架或者右侧底支架上联动机构)连接，电动推杆1底端通过轴e12与其中一个底支架2铰接连接、顶端通过轴d10与该底支架2上联动机构中的摇杆4铰接连接，并且电动推杆1顶端通过所述轴d10铰接连接驱动连杆9，即摇杆4、驱动连杆9和电动推杆1顶端三者通过轴d10铰接连接在一起，一根轴d10依次贯穿过摇杆4、驱动连杆9和电动推杆1顶端；

当电动推杆1的推杆斜向上伸出，推动轴d10并使轴d10围绕轴a5转动，同时带动驱动连杆9联动，驱动连杆9带动驱动连接板8围绕轴b6转动；

扭转管3左右水平设置，扭转管3的端部通过法兰盘11与驱动连接板8固定连接，并且扭转管3的左右两端分别通过两法兰盘11固定连接两联动机构13的两个驱动连接板8，即扭转管3固设在所述两个驱动连接板8之间，扭转管3随驱动连接板8同步围绕轴b6转动，因扭转管3侧边固设反射镜并且扭转管3上侧固设集热管支架，集热管支架上设置集热管，所以扭转管3转动时，扭转管3上的反射镜、集热管支架和集热管也随之同步转动；

一个光热集热器仅使用一支高精度电动推杆(电动推杆行程精度误差为0.2mm)，当电动推杆进行推拉运动时，电动推杆将推拉的动力带动驱动连杆，摇杆的作用则是限制电动推杆的运动方向，使得动力能够有效的由电动推杆经过驱动连杆传达到驱动连接板上，进而形成力矩使得集热器能够达到左右转动180度的目的；

扭转管3上侧固设集热管支架25，集热管支架25上侧设有管安装组件36，集热管通过管安装组件36安装在集热管支架25上侧，在光热集热器的扭转管上侧从左至右依次间隔地设有若干集热管支架25，每个集热管支架25均一端固定连接扭转管3、另一端设置管安装组件36；

所述集热管支架25上侧固设滑轨支架，滑轨支架设置滑轨33，优选地，所述滑轨支架上前后平行间隔地设置两滑轨33，滑轨支架包括前后间隔设置的两对竖直的支板30，支板30固设在集热管支架25上侧，每对支板30均包括左右间隔设置的两块支板30，每对支板30之间固设一根所述滑轨33，两滑轨33分别固设在两对支板30之间，左侧前后间隔的两支板30通过一连接固定杆固定连接，右侧前后间隔的两支板30通过另一连接固定杆固定连接。所述滑轨33为滑管。

管安装组件36包括半抱箍40和通过滑轨33滑动连接在集热管支架25上侧的集热管支座35，集热管支座35可在滑轨33轴线(左右)方向上自由移动。集热管支座35为一个竖直的座板，集热管支座35底部前后间隔地设置两滑孔34，两滑轨33分别穿插过两滑孔34，集热管支座35可沿滑轨33左右移动；集热管支座35的顶端设有槽口向上的限位槽39，限位槽39的槽口向槽底逐渐收缩并且限位槽39的横截面为梯形，半抱箍40设置一个，半抱箍40扣在限位槽39上侧并与集热管支座35固定连接，半抱箍40包括一个圆弧形拱起的拱形部38和分别设置在拱形部38两端的两连接部，拱形部38扣在限位槽39的槽口上侧并与之相对，两连接部均分别通过螺钉固定在集热管支座35上，半抱箍40的拱形部38与限位槽39槽面之间形成一个可通过并限定集热管的区域。

集热管23从半抱箍40与限位槽39之间穿过，即集热管23从半抱箍40的拱形部38与限位槽39槽面之间的区域穿过。扭转管3和集热管23均与滑轨33平行，三者均为左右水平设置。由于光热集热器中从左至右依次间隔地设有若干集热管支架25，光热集热器中的集热管从左至右的依次从各个集热器支架端部的管安装组件36的半抱箍40与限位槽39之间穿过。

通过设置滑轨33可使集热管在热胀冷缩长短形变的过程中，提供一个位移的补偿，使得集热管在热胀冷缩的过程中，集热管支座可随之35左右滑动，保护集热管支架以及避免集热管受损；

槽式光热集热器21的集热管23的前后两侧均设置反射镜组22，并且两组反射镜组22对称地设于集热管23的前后两侧，反射镜组22包括从前至后依次间隔设置的数个反射镜22，同时反射镜组22中的这数个反射镜22也由上至下依次间隔地靠近扭转管，反射镜组22中前后相邻两反射镜之间设置用于通风并降低风阻的间隙26，反射镜的反射面为抛物线形，反射镜组22中各个反射镜的聚光焦点均汇聚于集热管上，所述反射镜组22中的反射镜的抛物线焦距各不相同，这样可提高光热集热器的集热效果，反射镜将太阳光反射到集热管上，高效加热集热管内的流体。扭转管上侧固设反射镜支架，反射镜设于反射镜支架上，反射镜也位于扭转管上侧。

本实施例中，反射镜组22由三个不同抛物面焦距的反射镜组成(三个反射镜抛物面焦距各不相同)，由于三种抛物面焦点到相应反射镜镜面的高度不同，使不同抛物面的反射镜之间错开留下足够间距的间隙26以及利用反射镜的角度来导风达到降低风阻的效果。反射镜组22中的三个不同抛物面焦距的反射镜分别为内侧反射镜41、中部反射镜32和外侧反射镜31(此处以靠近扭转管为内，反之为外)，外侧反射镜31、中部反射镜32和内侧反射镜41由远及近的靠近扭转管，三种抛物面(反射镜组22中的三个反射镜的反射面)对直射太阳光进行反射，由于反射镜组22三种不同抛物面焦距的反射镜，反射镜组22中外侧反射镜31的抛物面决定集热器的开口大小，中部反射镜32与内侧反射镜41分别采用较小焦距的抛物面设计(即中部反射镜和内侧反射镜的焦距均小于外侧反射镜)，使得中部反射镜与内侧反射镜更靠近集热管，可增加光热集热器的集热效率。单位时间内比相同尺寸的单抛物面光热集热器收集到更多的热能。反射镜组22使用三种不同的抛物面焦距使得反射镜互相错开留下间隙，即外侧反射镜与中部反射镜错开且两者之间设有间隙26，中部反射镜与内侧反射镜错开且两者之间也设有间隙26。

三焦距抛物面槽式集热器，由于使用三种不同抛物面焦距的反射镜，使得三反射镜之间的间隙因高度上的差距可加大很多，可有效减轻风力对支架的荷载，增加平均每日集热时间，三种不同焦距的抛物面镜的集热器单位时间内比相同尺寸的单抛物面光热集热器收集到更多的热能。

数个槽式太阳能集热器21互相连接时，使用波纹管24直接连接相邻两侧的集热管23，利用波纹管24的特性为其两端连接的集热器群组提供集热管23内流体的通道，同时补偿集热管23因热胀冷缩产生的长短形变。同时波纹管24外侧还配有电加热装置，提供热补偿避免因光热集热系统故障，使熔盐通过波纹管24时温度过低而凝结，降低集热管23内流体通过波纹管24时因温度降低导致管线阻塞的风险，这样可取代原本复杂的球形连接系统，可缩短总管线长度，降低成本，以波纹管24连接光热集热管群组，提供流体缓冲的功能，流体通过波纹管24到达相邻的集热管群组可继续累计热能。

太阳能集热器群组(53)还包括同步检测装置，同步检测装置包括所有光热集热器21上的所有信号板45和信号感应装置，每个光热集热器的扭转管下侧均固设一个信号板45，信号板45上设有一个信号过孔46。

所述信号感应装置为红外感应装置或者RF感应装置，所述红外感应装置包括左右间隔设置的红外线发射器49和红外线接收器44，RF感应装置包括左右间隔设置的RF发射器和RF接收器，每个光热集热器43均设有一个信号板45，所有光热集热器43的所有信号板45均设于红外线发射器49与红外线接收器44之间，或者所有光热集热器43的所有信号板45均设于RF发射器与RF接收器之间，所述信号板45上的信号过孔46用于通过红外线发射器49发出的红外线或者RF发射器发出的RF信号；

当使用红外感应装置时，红外线发射器发射的红外线能从左至右依次穿过所有信号板的所有信号过孔并最终被红外线接收器接收，当使用RF感应装置时，RF发射器发射的RF信号能从左至右依次穿过所有信号板的所有信号过孔并最终被RF接收器接收。

光热集热器的电动推杆电连接单片机，单片机电连接红外感应装置或者RF感应装置。

红外感应装置或者RF感应装置作为报警装置，检测所有光热集热器43是否同步转动，当红外线接收器44或者RF接收器收不到红外线发射器49或者RF发射器发出的讯号时，即表示集热器群组的扭转管发生不同步的状况，报警装置发出报警，单片机立刻将发出报警的同一个回路的集热器群组停止转动，以避免造成光热集热器43群组间的连接装置损毁。

Claims (4)

1.一种风、光和热储能互补发电系统，其特征在于：包括风力发电机、光伏电池板、交流稳压电路、逆变器、铅碳电池及其补偿电路、熔盐加热系统(50)、太阳能集热器群组(53)、熔盐存储容器(55)和汽轮发电机(57)，所述风力发电机发出的交流电接入交流稳压电路中，光伏电池板发出的直流电一路接入逆变器中，一路接入铅碳电池及其补偿电路中，铅碳电池及其补偿电路连接逆变器，逆变器连接交流稳压电路，交流稳压电路输出的稳压后的交流电为熔盐加热系统(50)供电，熔盐加热系统(50)的熔盐输出端通过熔盐泵a(51)连接熔盐存储容器(55)，太阳能集热器群组的熔盐输出端通过熔盐泵b(52)连接熔盐存储容器(55)，熔盐存储容器(55)的熔盐输出端通过熔盐泵c连接熔盐炉(56)的熔盐输入端，熔盐炉(56)的蒸汽出口管路连接汽轮发电机(57)的蒸汽入口。

2.如权利要求1所述的一种风、光和热储能互补发电系统，其特征在于：汽轮发电机(57)发出的电并入电网。

3.如权利要求1所述的一种风、光和热储能互补发电系统，其特征在于：风力发电机发出的电并入电网，光伏电池板发出的电通过逆变器并入电网。

4.如权利要求1所述的一种风、光和热储能互补发电系统，其特征在于：太阳能集热器群组(53)为槽式光热集热器。