CN107795346A - 碟式储能光热声发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能热利用领域，具体涉及一种碟式储能光热声发电系统。该系统包括碟式反射镜、热声压缩机、压缩气体储能装置、做工装置及发电机。其中碟式反射镜将太阳光聚焦至热声压缩机的驱动侧，驱动热声压缩机工作将气体工质压缩后储存在压缩气体储能装置内，当需要发电时利用装置内的压缩气体驱动做功装置驱动发电机发电。该系统在保持碟式系统效率高的基础上，解决了常规碟式斯特林机储能困难的缺点。此外，该系统的聚光集热子系统不存在移动部件，可以根据实际系统容量配置需求，将若干个聚光集热子系统串联或者并联运行，系统灵活性高。

Description

碟式储能光热声发电系统
技术领域
本发明属于太阳能热利用领域，具体涉及一种碟式储能光热声发电系统。
背景技术
塔式、槽式、线性菲涅尔以及碟式光热发电技术是现有四种典型光热发电技术路线，其中，前三种发电技术都能实现储热运行，并且由于其自身技术特点，其机组容量也相对较高。与之相比，常规的碟式光热发电技术由于难以储热，同时也由于其分布式特征，规模难以提升，因此发展受到了一定的限制。但是碟式发电技术具有较高的光学效率，与其他技术路线相比运行控制相对简单，且安全稳定，具有其自身的优点。因此，如何实现碟式聚光集热系统储能运行对光热的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碟式储能光热声发电系统。解决了常规碟式聚光集热发电系统难以储能和无法在非光照时间运行的缺点，同时又具备碟式聚光系统的高光热转换效率的优点。
一种碟式储能光热声发电系统，包括：热声压缩机、碟式聚光集热器、压缩气体储能装置、做功装置、发电机和冷却系统；所述的热声压缩机设置在碟式聚光集热器的聚光焦点处，热声压缩机由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机的驱动侧与压缩气体储能装置连接，压缩气体储能装置与做功装置连接，做功装置驱动发电机发电，做功装置与冷却系统连接，冷却系统与热声压缩机的制冷侧连接，形成循环气体工质循环系统。
所述的碟式聚光集热器包括碟式反射镜，碟式反射镜是由至少一面玻璃子镜组成的具有一定曲率的抛物面；碟式反射镜通过驱动装置安装在反射镜支架上。
所述的压缩气体储能装置的输入和输出管道上均设置有逆止阀。
所述的热声压缩机为行波或驻波热声压缩机。
所述的热声压缩机的驱动侧至少包括冷端换热器、热端换热器和回热器。
所述热的热声压缩机的制冷侧为行波热声制冷机、驻波热声制冷机或脉管制冷机中。
所述的发电系统中的气体工质为空气、CO2、N2、天然气、惰性气体或甲烷。
所述的做功装置为膨胀机、CO2透平或斯特林机。
一种串级碟式储能光热声发电系统，包括多个储热单元、做功装置、发电机和冷却系统；每个储热单元均包括热声压缩机、碟式聚光集热器和压缩气体储能装置，其中，热声压缩机设置在碟式聚光集热器的聚光焦点处，热声压缩机由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机的驱动侧与压缩气体储能装置连接，上一个储热单元的压缩气体储能装置与下一个储热单元的热声压缩机的制冷侧，多个储热单元依次串联连接形成串级储热系统，最后一个储热单元的压缩气体储能装置与做功装置连接，做功装置驱动发电机发电，做功装置与冷却系统连接，冷却系统与第一个储热单元的热声压缩机的制冷侧连接，形成循环气体工质循环系统。
一种多级并联式串级碟式储能光热声发电系统，包括多个串级储热系统、做功装置、发电机和冷却系统；多个串级储热系统并联形成并联式储热系统，并联式储热系统与高压大容量压缩空气储罐连接，高压大容量压缩空气储罐与做功装置连接，做功装置驱动发电机发电，做功装置与冷却系统连接，冷却系统与低压大容量压缩空气储罐连接，低压大容量压缩空气储罐与并联式储热系统连接，形成循环气体工质循环系统；其中，每个串级储热系统由多个储热单元串联构成，每个储热单元均包括热声压缩机、碟式聚光集热器和压缩气体储能装置；热声压缩机设置在碟式聚光集热器的聚光焦点处，热声压缩机由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机的驱动侧与压缩气体储能装置连接，上一个储热单元的压缩气体储能装置与下一个储热单元的热声压缩机的制冷侧，多个储热单元依次串联连接形成串级储热系统。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明系统由热声压缩机、碟式聚光集热器、压缩气体储能装置组成储热单元，采用热声压缩机替代常规碟式聚光集热的斯特林发动机，并引入压缩气体储能装置，其中碟式反射镜将太阳光聚焦至热声压缩机的驱动侧，驱动热声压缩机工作将气体工质压缩后储存在压缩气体储能装置内，当需要发电时利用装置内的压缩气体驱动做功装置驱动发电机发电。该系统在保持碟式系统效率高的基础上，解决了常规碟式斯特林机储能困难的缺点。解决了常规碟式聚光集热发电系统难以储能和无法在非光照时间运行的缺点，同时又具备碟式聚光系统的高光热转换效率的优点。整个系统在运行中没有污染物和温室气体排放，具有良好的环境效应，当工作介质采用CO2时，由于系统对CO2的需求量较大，对缓解温室效应有有益贡献。
该系统的聚光集热子系统不存在移动部件，可以根据实际系统容量配置需求，将若干个聚光集热子系统串联或者并联运行，系统灵活性高，能够有效提高压缩气体的工作参数，整体提高机组效率。
附图说明
图1为一种碟式储能光热声发电系统原则性热力系统图。
图2为一种串级碟式储能光热声发电系统原则性热力系统图。
图3为一种多级并联式串级碟式储能光热声发电系统原则性热力系统图。
图中标号：1-热声压缩机，2-碟式反射镜，3-驱动装置，4-反射镜支架，5-压缩气体储能装置，6-逆止阀，7-做功装置，8-发电机，9-高压大容量压缩空气储罐、10-低压大容量压缩空气储罐。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。
如图1至3所示，本发明一种碟式储能光热声发电系统，包括：
碟式聚光集热器2，由反射镜支架4、驱动装置3和玻璃反射镜组成，用于接收太阳辐射并将其反射后聚焦于热声压缩机；碟式反射镜是由至少一面玻璃子镜组成的具有一定曲率的抛物面。
热声压缩机1，位于碟式反射镜的焦点处，由驱动侧和制冷侧组成，用于接收聚焦后的太阳辐射，并将热能转化为机械波能量，并将气体工质压缩后送入压缩气体储能装置或送入下一级热声压缩机；热声压缩机为行波或驻波热声压缩机；热声压缩机的驱动侧至少包括冷端换热器、热端换热器和回热器。热声压缩机的制冷侧为行波热声制冷机、驻波热声制冷机或脉管制冷机中的一种。气体工质为空气、CO2、N2、天然气、惰性气体或甲烷中的一种。
压缩气体储能装置5，用于储存来自热声压缩机的压缩气体，并驱动膨胀机做功；
做功装置7，用于将压缩气体膨胀功转化为机械能做功；做功装置为膨胀机、CO2透平或斯特林机中的一种。
发电机8，位于做功装置后端，用于将做功转化为电能。
还包括冷却系统、控制模块、管道和阀门。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种碟式储能光热声发电系统，包括热声压缩机1、碟式聚光集热器2、驱动装置3、反射镜支架4、压缩气体储罐、逆止阀6、膨胀机、发电机8和冷却系统组成。
碟式聚光集热器2将太阳光聚焦后反射至热声压缩机1的驱动侧，产生500-700℃的高温，热声驱动器内采用CO2作为工质，其初始压强为6MPa，在热声热机的驱动下产生约1.3-1.4倍压比的压力波，通过逆止阀6作用，将高压气体送入压缩气体储罐储存，高压气体经膨胀机驱动其做功，压力降至6MPa后返回发电机8，膨胀机驱动发电机8发电。因此压缩空气储罐5的设计工作压力约为8.4MPa，整个系统的做功能力为8.4MPa压缩气体经膨胀机膨胀后到达6MPa之间的能量。通过系统内的温度控制，能够实现储存液态CO2，增大储量。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种串级碟式储能光热声发电系统，包括多个热声压缩机1、多个碟式聚光集热器2、多个驱动装置3、多个反射镜支架4、多个压缩气体储罐、多个逆止阀6、膨胀机、发电机8和冷却系统组成。
单个热声压缩机1、碟式聚光集热器2、驱动装置3、反射镜支架4、压缩气体储罐组成一个基本的光热声压缩单元，通过多个光热声压缩缩机1将天然气逐级压缩送入最后一级压缩气体储罐，该实施方案中设定第一级光热声压缩单元的入口压力为1MPa，通过6级逐级压缩，每级单元的压缩比接近为1.4(不限于1.4，也可逐级变化)，最终实现最后一级热声压缩机送入储罐内的工质压力为8.4MPa，压缩气体送入天然气透平做功，做功后排气压力为1MPa。
实施例3
如图3所示，本实施例提供一种多级并联式串级碟式储能光热声发电系统，本系统与实施例二的结构类似，不同之处在于是将多个光热声压缩单元先串联后并联将压缩气体送入高压大容量压缩空气储罐9后送入天然气透平做功后经冷却系统冷却后送入低压大容量压缩空气储罐10再分配至每一个串联回路的第一级光热声压缩单元。
本实施例3与实施例2的参数类似，不同之处在于多级并联后可以配备规模化，大容量的机组用于发电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于，包括：热声压缩机(1)、碟式聚光集热器(2)、压缩气体储能装置(5)、做功装置(7)、发电机(8)和冷却系统；所述的热声压缩机(1)设置在碟式聚光集热器(2)的聚光焦点处，热声压缩机(1)由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机(1)的驱动侧与压缩气体储能装置(5)连接，压缩气体储能装置(5)与做功装置(7)连接，做功装置(7)驱动发电机(8)发电，做功装置(7)与冷却系统连接，冷却系统与热声压缩机(1)的制冷侧连接，形成循环气体工质循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于，所述的碟式聚光集热器(2)包括碟式反射镜，碟式反射镜是由至少一面玻璃子镜组成的具有一定曲率的抛物面；碟式反射镜通过驱动装置(3)安装在反射镜支架(4)上。
3.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于，所述的压缩气体储能装置(5)的输入和输出管道上均设置有逆止阀(6)。
4.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于：所述的热声压缩机(1)为行波或驻波热声压缩机。
5.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于：所述的热声压缩机(1)的驱动侧至少包括冷端换热器、热端换热器和回热器。
6.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于：所述热的热声压缩机(1)的制冷侧为行波热声制冷机、驻波热声制冷机或脉管制冷机中。
7.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于：所述的发电系统中的气体工质为空气、CO2、N2、天然气、惰性气体或甲烷。
8.根据权利要求1所述的一种碟式储能光热声发电系统，其特征在于：所述的做功装置(7)为膨胀机、CO2透平或斯特林机。
9.一种串级碟式储能光热声发电系统，其特征在于：包括多个储热单元、做功装置(7)、发电机(8)和冷却系统；每个储热单元均包括热声压缩机(1)、碟式聚光集热器(2)和压缩气体储能装置(5)，其中，热声压缩机(1)设置在碟式聚光集热器(2)的聚光焦点处，热声压缩机(1)由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机(1)的驱动侧与压缩气体储能装置(5)连接，上一个储热单元的压缩气体储能装置(5)与下一个储热单元的热声压缩机(1)的制冷侧，多个储热单元依次串联连接形成串级储热系统，最后一个储热单元的压缩气体储能装置(5)与做功装置(7)连接，做功装置(7)驱动发电机(8)发电，做功装置(7)与冷却系统连接，冷却系统与第一个储热单元的热声压缩机(1)的制冷侧连接，形成循环气体工质循环系统。
10.一种多级并联式串级碟式储能光热声发电系统，其特征在于：包括多个串级储热系统、做功装置(7)、发电机(8)和冷却系统；多个串级储热系统并联形成并联式储热系统，并联式储热系统与高压大容量压缩空气储罐(9)连接，高压大容量压缩空气储罐(9)与做功装置(7)连接，做功装置(7)驱动发电机(8)发电，做功装置(7)与冷却系统连接，冷却系统与低压大容量压缩空气储罐(10)连接，低压大容量压缩空气储罐(10)与并联式储热系统连接，形成循环气体工质循环系统；其中，每个串级储热系统由多个储热单元串联构成，每个储热单元均包括热声压缩机(1)、碟式聚光集热器(2)和压缩气体储能装置(5)；热声压缩机(1)设置在碟式聚光集热器(2)的聚光焦点处，热声压缩机(1)由驱动侧和制冷侧组成；热声压缩机(1)的驱动侧与压缩气体储能装置(5)连接，上一个储热单元的压缩气体储能装置(5)与下一个储热单元的热声压缩机(1)的制冷侧，多个储热单元依次串联连接形成串级储热系统。
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