CN108571830B - 太阳能集热散热装置和发电系统 - Google Patents

太阳能集热散热装置和发电系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及发电技术领域，公开一种太阳能集热散热装置和发电系统。太阳能集热散热装置包括反射镜和金属管，反射镜的一侧面形成为反射面，反射镜的相对的另一侧面覆盖有散热薄膜，金属管通过导热支架连接在另一侧面上。白天集热、蓄热与发电同时进行，夜间散热薄膜能够通过辐射散热，使得金属管中流动的冷却介质的热量通过导热支架被散热薄膜辐射而被冷却，以使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，而蓄冷的冷量则可以在白天对发电系统中的做功介质进行冷却，这样，可以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。

Description

太阳能集热散热装置和发电系统
技术领域
本申请涉及发电技术领域，特别涉及一种太阳能集热散热装置和一种发电系统。
背景技术
太阳能具有资源分布广泛、总量巨大、清洁干净的特点，但是我国光热资源丰富的地区大都集中在西北干旱缺水的区域，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使用，同时也存在单位面积能量密度低，资源存在间歇性，受昼夜、天气、季节以及晴阴云雨等因素的影响，供能是间断且不稳定的，相比于常规能源，太阳能存在的局限性使对太阳能的充分利用更加困难。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，既能满足广大干旱地域发电使用，同时不受晴阴云雨等因素的制约，实现人们对电的需求。
近些年，由于化石燃料的燃烧以及绿色植被的减少，导致大气中的CO2含量逐年增加，碳捕集与封存技术被认为是未来大规模减少温室二氧化碳排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。传统的太阳能光热发电通常采用水蒸气朗肯循环，水蒸气的热力特性决定了当热源温度不高的时候，系统的经济性显著下降。为了保障热源的温度，还需要大面积、高聚焦比的聚集集热方式，这会使集热系统的运行维护更加复杂，造价也提高很多。另外，高温太阳能发电通常采用熔融盐进行蓄热，但是熔融盐的熔点很高，夜间需要保温，使得电力消耗量大大提高。
专利文献CN106050420A中提到了一种二氧化碳储能功能的方法和系统，系统中二氧化碳储存管路主要是经过压缩成高压，之后经过燃烧室变成高温高压二氧化碳，最后烟气进入动力设备做功。另外，专利文献CN107084102A中提到了二氧化碳储能太阳能发电系统二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，但是集热部分使用导热油，也没有充分利用二氧化碳。
发明内容
有鉴于此，本申请提出了一种太阳能集热散热装置的解决方案，以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式，来使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，在白天利用夜间储存的冷量来集热、蓄热与发电同时进行，以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。
根据本申请的一个方面，提出了一种太阳能集热散热装置，包括反射镜和用于流动冷却介质的金属管，其中，所述反射镜的一侧面形成为能够反射太阳光线的反射面，所述反射镜的相对的另一侧面覆盖有散热薄膜，所述金属管通过导热支架连接在所述另一侧面上。
根据本申请的技术方案，由于反射镜的一侧面的反射面能够将太阳光线反射到发电系统的热管或者吸收塔以使得热管或吸收塔吸收太阳光线中的热量，从而白天集热、蓄热与发电同时进行，而在夜间，散热薄膜能够通过辐射散热，使得金属管中流动的冷却介质的热量通过导热支架被散热薄膜辐射而被冷却，以使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，而蓄冷的冷量则可以在白天对发电系统中的做功介质进行冷却，这样，可以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式，来使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，在白天利用夜间储存的冷量来集热、蓄热与发电同时进行，以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。
优选地，所述反射镜的相对的另一侧面上覆盖有银膜层，所述散热薄膜覆盖在所述银膜层上。
优选地，所述银膜层和所述散热薄膜之间设置有透光透明层，其中，所述透光透明层中包含有用于改变红外线的波长的多个玻璃微珠。
另外，所述金属管在所述反射镜的另一侧面内往复弯曲延伸，并通过多个连接到所述另一侧面上不同位置处的所述导热支架来支撑。
另外，所述反射镜形成为弧形镜，所述弧形镜的凹面形成为所述反射面；或者，所述反射镜形成为平板镜。
另一方面，本申请提供一种发电系统，包括吸热单元、做功单元、冷却单元和以上任意所述的太阳能集热散热装置，其中，所述吸热单元中的吸热介质能够吸收所述反射面反射的太阳光线中的热量；所述做功单元中的做功介质能够通过第一换热器和所述吸热单元中的吸热介质热交换，并且所述做功单元包括位于所述第一换热器上游并依次布置的低温高压做功介质储存罐和压缩机、位于所述第一换热器下游的用于驱动发电机的汽轮机、和并联在所述第一换热器和所述汽轮机之间的第一管路和第二管路，其中，所述第二管路上设置有高温高压做功介质蓄热器和位于所述高温高压做功介质蓄热器与所述汽轮机之间的第一阀门；所述冷却单元的管路和所述金属管连接并包括冷却介质蓄冷器，其中，所述冷却单元的位于所述冷却介质蓄冷器下游的管路段能够通过第二换热器与所述做功单元的位于所述汽轮机和所述压缩机之间的管道段进行热交换。
这样，在该技术方案中，如上所述的，在白天，反射面反射太阳光线，吸热单元中的吸热介质比如二氧化碳吸收太阳光线中的热量，并通过第一换热器传递给做功单元中的做功介质比如二氧化碳，以形成高温高压做功介质，其中，一部分高温高压做功介质推动汽轮机动作以带动发电机发电，而另一部分高温高压做功介质则储存在高温高压做功介质蓄热器中以便于夜间发电，此时，在白天发电期间，在夜间储存在冷却介质蓄冷器中的冷量则可以对做功后的高温低压做功介质通过第二换热器进行冷却。而在夜间，由于没有太阳光线，第一换热器不工作，此时，白天储存在高温高压做功介质蓄热器中的高温高压做功介质可以继续推动汽轮机动作以发电，同时，散热薄膜通过辐射散热，将冷却单元中冷却介质比如二氧化碳的热量辐射到外部空间以对冷却介质进行冷却，而冷却后的冷却介质则通过第二换热器对做功后的高温低压做功介质进行冷却，同时，多余的冷量则可以储存在冷却介质蓄冷器中以供白天发电使用。这样，可以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式，来使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，在白天利用夜间储存的冷量来集热、蓄热与发电同时进行，以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。
优选地，所述吸热单元包括吸热介质储存罐，其中，所述冷却单元的位于所述第二换热器下游的管路段和所述吸热介质储存罐之间连接有旁管，其中，所述旁管上设置有第二阀门。
更优选地，所述发电系统包括预热器，其中，所述吸热单元的位于所述第一换热器和所述吸热介质储存罐之间的管路段能够通过所述预热器与所述做功单元的位于所述压缩机和所述低温高压做功介质储存罐之间的管路段进行预热交换。
另外，所述发电系统包括以下至少一种方式：
方式一：所述反射镜设置为能够翻转以使得所述反射镜的另一侧面能够朝上；
方式二：所述第一阀门和所述汽轮机之间的管路段与所述低温高压做功介质储存罐之间连接有支路，所述支路上设置有第三阀门；
方式三：所述高温高压做功介质蓄热器设置有热量表，所述冷却介质蓄冷器设置有冷量表。
本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：
图1为本申请具体实施方式提供的太阳能集热散热装置的一种结构示意图，其中，显示了发电系统的热管；
图2为本申请具体实施方式提供的太阳能集热散热装置的另一种结构示意图；
图3为本申请具体实施方式提供的发电系统的一种结构示意图；
图4为本申请具体实施方式提供的发电系统的另一种结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及各个实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
如图1和2所示的，本申请提供的太阳能集热散热装置能够在白天反射太阳光线给发电系统的热管或吸收塔以吸收太阳光线中的热量，同时也能够在夜间通过辐射散热以对流过金属管5的冷却介质进行冷却而不需要其他专门的冷却设备来消耗能量冷却。具体地，该太阳能集热散热装置包括反射镜4和用于流动冷却介质的金属管5，其中，反射镜4的一侧面形成为能够反射太阳光线的反射面6，反射镜4的相对的另一侧面覆盖有散热薄膜7，金属管5通过导热支架8连接在另一侧面上。
在该技术方案中，由于反射镜的一侧面的反射面能够将太阳光线反射到发电系统的热管或者吸收塔以使得热管或吸收塔吸收太阳光线中的热量，从而白天集热、蓄热与发电同时进行，而在夜间，散热薄膜能够通过自然对流三人和辐射散热，使得金属管中流动的冷却介质的热量通过导热支架被散热薄膜辐射而被冷却，比如，夜晚上散热薄膜可以通过红外线形式辐射向外散热，导热支架可以将冷量汇聚到金属管中，使得金属管中的二氧化碳温度降低，以使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，而蓄冷的冷量则可以在白天对发电系统中的做功介质进行冷却，这样，可以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式，来使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，在白天利用夜间储存的冷量来集热、蓄热与发电同时进行，以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。
进一步地，散热薄膜可以通过多种方式来形成，只要能够实现辐射散热即可，比如，一种方式中，可以将二氧化硅分散到透明塑料中来制成这种散热薄膜。
优选地，为了提升辐射散热效果，如图1和2所示的，反射镜4的相对的另一侧面上覆盖有银膜层9，散热薄膜7覆盖在银膜层9上。这样，夜晚散热时，散热薄膜主要通过红外线形式辐射，同时，银膜层9能够发射这种红外线，从而进一步使得金属管中的二氧化碳温度降低，因为在夜间，任何温度高于绝对零度的物体都会通过辐射向环境中散发热量，使自身温度降低，这样，金属管中温度较高的二氧化碳中的热量将通过导热支架8传递给散热薄膜7和银膜层9而快速辐射散热。
进一步地，银膜层9的厚度可以根据实际需求来具体选择。
另外，为了更进一步提升散热效果，优选地，如图1和2所示的，银膜层9和散热薄膜7之间设置有透光透明层10，其中，透光透明层10中包含有用于改变红外线的波长的多个玻璃微珠11。这样，玻璃微珠11的直径就可以改变热量的红外线的波长，而对这个波长的红外线，地球的大气层几乎是透明的，不会进行反射、吸收和散射。降温薄膜就用这种方式，把热量直接“扔进”太空。
另外，金属管5可以单根直接通过反射镜4的另一侧面，或者，优选地，金属管5在反射镜4的另一侧面内往复弯曲延伸，并通过多个连接到另一侧面上不同位置处的导热支架8来支撑。这样，往复弯曲延伸的金属管5可以延迟冷却介质比如二氧化碳在另一侧面内停留的时间，同时，不同位置处的导热支架更易于将金属管中的二氧化碳的热量导热到散热薄膜7上。
另外，如图1和2所示的，反射镜4可以具有多种形式，比如，如图1所示的，反射镜4形成为弧形镜，弧形镜的凹面形成为反射面6，这样，发电系统的热管24就可以位于该凹面的适当位置处以更充分吸收太阳光线的热量；或者，反射镜4形成为平板镜，这样，如图4所示的，平板镜可以将太阳光线反射到吸收塔27。
此外，如图3和4所示的，本申请提供一种发电系统，该发电系统包括吸热单元12、做功单元13、冷却单元14和以上任意所述的太阳能集热散热装置，其中，吸热单元12中的吸热介质比如热管24或吸收塔27中的二氧化碳能够吸收反射面6反射的太阳光线中的热量；做功单元13中的做功介质比如二氧化碳能够通过第一换热器21和吸热单元12中的吸热介质热交换，并且做功单元13包括位于第一换热器21上游并依次布置的低温高压做功介质储存罐25和压缩机15、位于第一换热器21下游的用于驱动发电机26的汽轮机16、和并联在第一换热器21和汽轮机16之间的第一管路31和第二管路32，其中，第二管路32上设置有高温高压做功介质蓄热器17和位于高温高压做功介质蓄热器17与汽轮机16之间的第一阀门1；冷却单元14的管路和金属管5连接并包括冷却介质蓄冷器18，其中，冷却单元14的位于冷却介质蓄冷器18下游的管路段能够通过第二换热器22与做功单元13的位于汽轮机16和压缩机15之间的管道段进行热交换，以对做功后的做功介质进行冷却。
这样，在该技术方案中，如上所述的，在白天，反射面反射太阳光线，吸热单元中的吸热介质比如二氧化碳吸收太阳光线中的热量，并通过第一换热器传递给做功单元中的做功介质比如二氧化碳，以形成高温高压做功介质，其中，一部分高温高压做功介质推动汽轮机动作以带动发电机发电，而另一部分高温高压做功介质则储存在高温高压做功介质蓄热器中以便于夜间发电，此时，在白天发电期间，在夜间储存在冷却介质蓄冷器中的冷量则可以对做功后的高温低压做功介质通过第二换热器进行冷却。而在夜间，由于没有太阳光线，第一换热器不工作，此时，白天储存在高温高压做功介质蓄热器中的高温高压做功介质可以继续推动汽轮机动作以发电，同时，散热薄膜通过辐射散热，将冷却单元中冷却介质比如二氧化碳的热量辐射到外部空间以对冷却介质进行冷却，而冷却后的冷却介质则通过第二换热器对做功后的高温低压做功介质进行冷却，同时，多余的冷量则可以储存在冷却介质蓄冷器中以供白天发电使用。这样，可以利用辐射冷却不需要消耗外界能量就能有效降温的冷却方式，来使得设置有该太阳能集热散热装置的发电系统能够在夜间制冷、蓄冷与发电同时进行，在白天利用夜间储存的冷量来集热、蓄热与发电同时进行，以充分利用捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，提高环境质量。
进一步地，如图3和4所示的，吸热单元12包括吸热介质储存罐19，其中，冷却单元14的位于第二换热器22下游的管路段和吸热介质储存罐19之间连接有旁管20，其中，旁管20上设置有第二阀门2。这样，在白天发电过程中，冷却介质蓄冷器18中的冷量不足以在第二换热器22中冷凝做功介质时，则关闭冷却介质蓄冷器18上游的阀门，同时打开第二阀门2，这样可以将多余二氧化碳送入到吸热介质储存罐19中，避免整个发电过程的二氧化碳排放，减轻空气污染。
进一步地，如图3和4所示的，该发电系统包括预热器23，其中，吸热单元12的位于第一换热器21和吸热介质储存罐19之间的管路段能够通过预热器23与做功单元13的位于压缩机15和低温高压做功介质储存罐25之间的管路段进行预热交换。这样，压缩机15压缩形成的低温高压做功介质可以通过预热器23吸收吸热单元12中通过第一换热器21后的吸热介质中的大量余热而提前进行预热，这样可以节省一部分热量。如此设置，预热后的做功介质比如二氧化碳可以直接储藏至低温高压做功介质储存罐25中。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。
另外，如图3和4所示的，该发电系统包括以下至少一种方式：
方式一：反射镜4设置为能够翻转以使得反射镜4的另一侧面能够朝上；这样，反射镜4的另一侧面朝上更易于辐射散热，当然，反射镜4的另一侧面朝下时也能够起到辐射散热的效果。
方式二：第一阀门1和汽轮机16之间的管路段与低温高压做功介质储存罐25之间连接有支路28，支路28上设置有第三阀门3；这样，高温高压做功介质蓄热器17中的热量不足以提供夜间发电时，第三阀门3开启，做功介质可以通过支路28进入到低温高压做功介质储存罐25内。
方式三：高温高压做功介质蓄热器17设置有热量表，冷却介质蓄冷器18设置有冷量表。这样，冷量表可以实时查看冷却介质蓄冷器18中的冷量，以防止冷量不足而影响白天的循环发电。热量表可以实时查看高温高压做功介质蓄热器17中的热量，以防止热量不足，而高温高压做功介质蓄热器17中的做功介质不能满足汽轮机做功时则可以通过支路28储存在低温高压做功介质储存罐25中。
以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能集热散热装置，其特征在于，包括反射镜(4)和用于流动二氧化碳的金属管(5)，其中，所述反射镜(4)的一侧面形成为能够反射太阳光线的反射面(6)，所述反射镜(4)的相对的另一侧面覆盖有散热薄膜(7)，所述金属管(5)通过导热支架(8)连接在所述另一侧面上，所述反射镜(4)的相对的另一侧面上覆盖有银膜层(9)，所述散热薄膜(7)覆盖在所述银膜层(9)上，所述银膜层(9)和所述散热薄膜(7)之间设置有透光透明层(10)，其中，所述透光透明层(10)中包含有用于改变红外线的波长的多个玻璃微珠(11)。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热散热装置，其特征在于，所述金属管(5)在所述反射镜(4)的另一侧面内往复弯曲延伸，并通过多个连接到所述另一侧面上不同位置处的所述导热支架(8)来支撑。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能集热散热装置，其特征在于，所述反射镜(4)形成为弧形镜，所述弧形镜的凹面形成为所述反射面(6)；
或者，
所述反射镜(4)形成为平板镜。
4.一种发电系统，其特征在于，包括吸热单元(12)、做功单元(13)、冷却单元(14)和根据权利要求1-3中任意一项所述的太阳能集热散热装置，其中，
所述吸热单元(12)中的吸热介质能够吸收所述反射面(6)反射的太阳光线中的热量；
所述做功单元(13)中的做功介质能够通过第一换热器(21)和所述吸热单元(12)中的吸热介质热交换，并且所述做功单元(13)包括位于所述第一换热器(21)上游并依次布置的低温高压做功介质储存罐(25)和压缩机(15)、位于所述第一换热器(21)下游的用于驱动发电机的汽轮机(16)、和并联在所述第一换热器(21)和所述汽轮机(16)之间的第一管路(31)和第二管路(32)，其中，所述第二管路(32)上设置有高温高压做功介质蓄热器(17)和位于所述高温高压做功介质蓄热器(17)与所述汽轮机(16)之间的第一阀门(1)；
所述冷却单元(14)的管路和所述金属管(5)连接并包括冷却介质蓄冷器(18)，其中，所述冷却单元(14)的位于所述冷却介质蓄冷器(18)下游的管路段能够通过第二换热器(22)与所述做功单元(13)的位于所述汽轮机(16)和所述压缩机(15)之间的管道段进行热交换。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述吸热单元(12)包括吸热介质储存罐(19)，其中，
所述冷却单元(14)的位于所述第二换热器(22)下游的管路段和所述吸热介质储存罐(19)之间连接有旁管(20)，其中，所述旁管(20)上设置有第二阀门(2)。
6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统包括预热器(23)，其中，
所述吸热单元(12)的位于所述第一换热器(21)和所述吸热介质储存罐(19)之间的管路段能够通过所述预热器(23)与所述做功单元(13)的位于所述压缩机(15)和所述低温高压做功介质储存罐(25)之间的管路段进行预热交换。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统包括以下至少一种方式：
方式一：所述反射镜(4)设置为能够翻转以使得所述反射镜(4)的另一侧面能够朝上；
方式二：所述第一阀门(1)和所述汽轮机(16)之间的管路段与所述低温高压做功介质储存罐(25)之间连接有支路(28)，所述支路(28)上设置有第三阀门(3)；
方式三：所述高温高压做功介质蓄热器(17)设置有热量表，所述冷却介质蓄冷器(18)设置有冷量表。
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