CN109578230A - 一种动力岛高位布置的700℃等级co2高效光热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，冷盐罐的出口与第一阀门的一端相连通，热盐罐的出口与第三阀门的一端相连通，第一阀门的另一端及第三阀门的另一端与盐泵的入口相连通，盐泵的出口经集热器与动力岛的入口相连通，动力岛的出口与第二阀门的一端及第四阀门的一端相连通，第二阀门的另一端与热盐罐的入口相连通，第四阀门的另一端与冷盐罐的入口相连通；集热器及动力岛布置于塔的顶部，太阳光线经定日镜折射后照射到集热器上，该系统能够实现能量的梯级利用，提高整体的发电效率，同时有效的避免布置余热利用设备，投资成本较低。
Description
技术领域
本发明属于光热发电领域，涉及一种动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统。
背景技术
我国太阳能资源非常丰富。全国总面积2/3以上地区年日照时数均大于2200h，各地的太阳辐射年总量约为3.3×106-8.4×106kJ/m2，其中西藏南部、新疆东南部、青海西部、甘肃西部等地区，年辐射总量可达6.7×106-8.4×106kJ/m2，可利用的太阳能资源总量巨大。因此，太阳能发电在我国拥有很好的发展潜力。
太阳能光热发电是太阳能利用的一个重要方向。太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体)，再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。一般来说，太阳能光热发电形式有槽式、塔式、碟式(盘式)、菲涅尔式四种系统。
塔式光热发电采用大量的定日镜定向反射太阳光，并将其聚集到一个装在塔顶的集热器上，通过集热器加热工质并带动动力系统发电。相比于其它光热发电，塔式光热发电有着装机容量大，温度参数高等特点，被认为是未来高效光热发电的重要方向。动力岛主气/主汽温度参数的提高和先进动力循环的集成将显著提升塔式光热机组的效率，从而降低各个设备的初投资，尤其是可以显著降低单位发电量所需的镜场面积。因此，温度达700℃以上，具有高效低成本潜力的超临界CO2太阳能热发电系统是目前国际太阳能热发电的研究热点。欧盟和美国DOE近年来均展开了相关工作。然而经过调研可知，现有的塔式超临界CO2光热发电系统大多是将传统的塔式蒸汽光热发电系统中的蒸汽动力岛替换为超临界CO2发电系统。普遍存在以下问题：首先，超临界CO2发电循环存在着吸热窗口窄的问题，直接用其替换塔式蒸汽光热发电系统的动力岛，会导致主换热器出口熔盐温度过高，需布置较为复杂的余热利用设备，投资巨大；其次，未能充分发挥超临界CO2发电系统设备小的优势，仍然需要较长的高温熔盐管道从塔上的集热器引至塔下动力岛，成本较高。
因此，为解决上述技术难题，还需要大量的原创性工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，该系统能够有效的避免布置余热利用设备，并且投资成本较低。
为达到上述目的，本发明所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统包括冷盐罐、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、热盐罐、盐泵、集热器、动力岛、定日镜及塔；
冷盐罐的出口与第一阀门的一端相连通，热盐罐的出口与第三阀门的一端相连通，第一阀门的另一端及第三阀门的另一端与盐泵的入口相连通，盐泵的出口经集热器与动力岛的入口相连通，动力岛的出口与第二阀门的一端及第四阀门的一端相连通，第二阀门的另一端与热盐罐的入口相连通，第四阀门的另一端与冷盐罐的入口相连通；
集热器及动力岛布置于塔的顶部，太阳光线经定日镜折射后照射到集热器上。
动力岛位于集热器受热管屏的阴面。
所述动力岛采用二氧化碳布雷顿循环发电系统。
所述动力岛包括主换热器、高压透平、低压透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机、再压缩机及发电机；
主换热器的放热侧入口与集热器的出口相连通，主换热器的放热侧出口与第二阀门及第四阀门相连通，主换热器的吸热侧出口经高压透平与低压透平的入口相连通，低压透平的出口经高温回热器的放热侧及低温回热器的放热侧后分为两路，其中一路经预冷器的放热侧与主压缩机的入口相连通，另一路与再压缩机的入口相连通，主压缩机的出口经低温回热器的吸热侧与高温回热器的吸热侧入口相连通，再压缩机的出口与高温回热器的吸热侧入口相连通，高温回热器的吸热侧出口与主换热器的吸热侧入口相连通；
低压透平、高压透平、发电机、主压缩机及再压缩机同轴布置。
还包括空冷器，其中，空冷器的入口与预冷器的吸热侧出口相连通，空冷器的出口与预冷器的吸热侧入口相连通。
当有光照时，关闭第三阀门及第四阀门，冷盐罐输出的熔盐经第二阀门、盐泵及集热器进入到动力岛中放热，在动力岛中放热后熔盐经第二阀门进入到热盐罐中；
当无光照时，关闭第一阀门及第二阀门，热盐罐输出的熔盐经第三阀门、盐泵及集热器进入到动力岛中放热，然后经第四阀门进入到冷盐罐中。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统在具体操作时，在有光照的时候，冷盐罐中的熔盐经集热器吸热后进入到动力岛中放热，然后存储于热盐罐中，在无光照的时候，热盐罐中的熔盐进入到动力岛中进行放热，然后存储于冷盐罐中，以实现能量的梯级利用，避免布置余热利用设备，并使得动力岛中的发电系统在无光照和有光照的时候均能够发电，以提高整体的发电效率，并且本发明中动力岛及集热器布置于塔的顶部，大幅缩短从集热器到动力岛的高温熔盐管道，显著降低投资成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中动力岛5的结构示意图。
其中，1为冷盐罐、2为第一阀门、3为盐泵、4为集热器、5为动力岛、6为第二阀门、7为热盐罐、8为第三阀门、9为第四阀门、10为塔、11为定日镜、501为主换热器、502为高压透平、503为低压透平、504为高温回热器、505为低温回热器、506为预冷器、507为主压缩机、508为再压缩机、509为发电机、510为空冷器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统包括冷盐罐1、第一阀门2、第二阀门6、第三阀门8、第四阀门9、热盐罐7、盐泵3、集热器4、动力岛5、定日镜11及塔10；冷盐罐1的出口与第一阀门2的一端相连通，热盐罐7的出口与第三阀门8的一端相连通，第一阀门2的另一端及第三阀门8的另一端与盐泵3的入口相连通，盐泵3的出口经集热器4与动力岛5的入口相连通，动力岛5的出口与第二阀门6的一端及第四阀门9的一端相连通，第二阀门6的另一端与热盐罐7的入口相连通，第四阀门9的另一端与冷盐罐1的入口相连通；集热器4及动力岛5布置于塔10的顶部，太阳光线经定日镜11折射后照射到集热器4上，动力岛5位于集热器4受热管屏的阴面。
参考图2，所述动力岛5采用二氧化碳布雷顿循环发电系统，所述动力岛5包括主换热器501、高压透平502、低压透平503、高温回热器504、低温回热器505、预冷器506、主压缩机507、再压缩机508及发电机509；主换热器501的放热侧入口与集热器4的出口相连通，主换热器501的放热侧出口与第二阀门6及第四阀门9相连通，主换热器501的吸热侧出口经高压透平502与低压透平503的入口相连通，低压透平503的出口经高温回热器504的放热侧及低温回热器505的放热侧后分为两路，其中一路经预冷器506的放热侧与主压缩机507的入口相连通，另一路与再压缩机508的入口相连通，主压缩机507的出口经低温回热器505的吸热侧与高温回热器504的吸热侧入口相连通，再压缩机508的出口与高温回热器504的吸热侧入口相连通，高温回热器504的吸热侧出口与主换热器501的吸热侧入口相连通；低压透平503、高压透平502、发电机509、主压缩机507及再压缩机508同轴布置。
本发明还包括空冷器510，其中，空冷器510的入口与预冷器506的吸热侧出口相连通，空冷器510的出口与预冷器506的吸热侧入口相连通。
本发明的具体工作过程为：
当有光照时，关闭第三阀门8及第四阀门9，开启第一阀门2及第二阀门6，冷盐罐1输出的熔盐经第二阀门6、盐泵3及集热器4进入到动力岛5中主换热器501的放热侧放热，在动力岛5中放热后熔盐经第二阀门6进入到热盐罐7中，其中，在动力岛5中放热后的熔盐温度为500℃-550℃。
当无光照时，关闭第一阀门2及第二阀门6，热盐罐7输出的熔盐经第三阀门8、盐泵3及集热器4进入到动力岛5中主换热器501的放热侧放热，然后经第四阀门9进入到冷盐罐1中。
采用上述具体操作时，首先利用超临界二氧化碳发电循环主吸热器吸热窗口窄的特点，有光照时，通过主吸热器吸收高参数的热量发电，中低参数的热量则随熔盐存储于热盐罐7，无光照时，则通过利用存储的中低参数热量继续发电，从而在保持较高的整体发电效率，同时实现能量的梯级利用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，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保护范围之内。
Claims (6)
1.一种动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，包括冷盐罐(1)、第一阀门(2)、第二阀门(6)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、热盐罐(7)、盐泵(3)、集热器(4)、动力岛(5)、定日镜(11)及塔(10)；
冷盐罐(1)的出口与第一阀门(2)的一端相连通，热盐罐(7)的出口与第三阀门(8)的一端相连通，第一阀门(2)的另一端及第三阀门(8)的另一端与盐泵(3)的入口相连通，盐泵(3)的出口经集热器(4)与动力岛(5)的入口相连通，动力岛(5)的出口与第二阀门(6)的一端及第四阀门(9)的一端相连通，第二阀门(6)的另一端与热盐罐(7)的入口相连通，第四阀门(9)的另一端与冷盐罐(1)的入口相连通；
集热器(4)及动力岛(5)布置于塔(10)的顶部，太阳光线经定日镜(11)折射后照射到集热器(4)上。
2.根据权利要求1所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，动力岛(5)位于集热器(4)受热管屏的阴面。
3.根据权利要求1所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，所述动力岛(5)采用二氧化碳布雷顿循环发电系统。
4.根据权利要求3所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，所述动力岛(5)包括主换热器(501)、高压透平(502)、低压透平(503)、高温回热器(504)、低温回热器(505)、预冷器(506)、主压缩机(507)、再压缩机(508)及发电机(509)；
主换热器(501)的放热侧入口与集热器(4)的出口相连通，主换热器(501)的放热侧出口与第二阀门(6)及第四阀门(9)相连通，主换热器(501)的吸热侧出口经高压透平(502)与低压透平(503)的入口相连通，低压透平(503)的出口经高温回热器(504)的放热侧及低温回热器(505)的放热侧后分为两路，其中一路经预冷器(506)的放热侧与主压缩机(507)的入口相连通，另一路与再压缩机(508)的入口相连通，主压缩机(507)的出口经低温回热器(505)的吸热侧与高温回热器(504)的吸热侧入口相连通，再压缩机(508)的出口与高温回热器(504)的吸热侧入口相连通，高温回热器(504)的吸热侧出口与主换热器(501)的吸热侧入口相连通；
低压透平(503)、高压透平(502)、发电机(509)、主压缩机(507)及再压缩机(508)同轴布置。
5.根据权利要求4所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，还包括空冷器(510)，其中，空冷器(510)的入口与预冷器(506)的吸热侧出口相连通，空冷器(510)的出口与预冷器(506)的吸热侧入口相连通。
6.根据权利要求1所述的动力岛高位布置的700℃等级CO2高效光热发电系统，其特征在于，当有光照时，关闭第三阀门(8)及第四阀门(9)，冷盐罐(1)输出的熔盐经第二阀门(6)、盐泵(3)及集热器(4)进入到动力岛(5)中放热，在动力岛(5)中放热后熔盐经第二阀门(6)进入到热盐罐(7)中；
当无光照时，关闭第一阀门(2)及第二阀门(6)，热盐罐(7)输出的熔盐经第三阀门(8)、盐泵(3)及集热器(4)进入到动力岛(5)中放热，然后经第四阀门(9)进入到冷盐罐(1)中。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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