CN109798680B - 一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，包括第一吸热部和第二吸热部的受光面为弧面，第一吸热部的受光面积大于第二吸热部，第一吸热部和第二吸热部配合形成吸热器，吸热器设于吸热塔上。当塔式光热发电系统位于北半球时，第一吸热部为北侧吸热器，第二吸热部为南侧吸热器；当塔式光热发电系统位于南半球时，第一吸热部为南侧吸热器，第二吸热部为北侧吸热器。将吸热器结构设计成第一吸热部的受光面积大于第二吸热部的受光面积时，在吸热器最高能流限制的条件下，可投射更多的定日镜到第一吸热部上，即可以在第一吸热部一侧的镜场布置更多的定日镜，以达到尽可能的提高镜场光学效率、镜场定日镜的利用率和吸热器的截断效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能热发电领域，尤其涉及一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构。
背景技术
塔式光热发电系统是利用大量具有自动跟踪系统的定日镜组成的镜场，将太阳光集中反射至安装于一定高度的吸热器上，加热吸热器内的流动工质，将太阳辐射能转化为热能，直接或间接地产生高温、高压蒸汽来驱动汽轮机进行发电。吸热器作为塔式光热发电系统中的关键设备之一，其结构型式设计的优劣将直接影响塔式光热发电系统的光热效率和项目投资成本，好的吸热器结构型式将有利于提升镜场光学效率(包括余弦效率、阴影遮挡效率和大气透射率)，吸热器截断效率和吸热器热效率的综合效率，使其达到最优。
参看图19，项目位于北半球时(南半球相反)，北镜场(以吸热塔中心为界，吸热塔以北为北镜场，吸热塔以南为南镜场)的余弦效率明显高于南镜场，且随着地理纬度的增大，余弦效率的偏差越明显。
如果以镜场光学效率最优为设计条件，特别是北纬纬度越大，则应在北镜场布置越多的定日镜，以获得更高的镜场光学效率。但是，目前大多数已建成项目的纬度在30度～40度之间，镜场的南北能量比(指设计点时南镜场能量与北镜场能量之比)大约在35:65左右，而该比例并没有充分利用这种北镜场光学效率更高的优势。
未在北镜场布置尽量多定日镜的主要原因是受吸热器结构型式和吸热器能流的限制。传统的吸热器结构包括外接式吸热器和腔式吸热器两类。
腔式吸热器可采用100％北镜场，但腔式吸热器结构复杂，开口尺寸受限导致光斑溢出损失较大，且组合光斑设计较为困难，因此腔式吸热器实际案例并不多见，商业项目仅在西班牙PS10、PS20等少数项目上应用。
外接式吸热器为当前吸热器的主要结构型式，包括西班牙Gemasolar项目，美国Invanpah、新月沙丘项目，摩洛哥的Noor3等项目均采用外接式圆柱形吸热器。吸热器最高允许能流密度受吸热介质和材料等限制。一般采用水做为吸热工质时，最高允许能流密度在600KW/m2以内；采用熔盐做为吸热工质时最高允许能流密度在1000～1200KW/m2以内。熔盐吸热器使用温度可达600℃以上，一般需要采用镍基合金，例如Inconel 625或Haynes230等。与腔式吸热器相比，外接式吸热器结构较简单，镜场布置范围更广，光斑溢出更少，组合光斑设计更为方便。但如前所述，外接式吸热器镜场南北能量比一般在35:65左右，当纬度较高时，无法充分利用北镜场光学效率更高的优势。如果强行降低镜场南北能量比，虽然可以提高镜场光学效率，但会导致北侧吸热器面板能量超限而南侧吸热器能量不足，换句话说，吸热器溢出损失将会大大增加，因此，系统综合效率未必有较大提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，以解决镜场光学效率不高的问题。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，包括第一吸热部和第二吸热部，所述第一吸热部和所述第二吸热部的受光面为弧面，所述第一吸热部的受光面积大于所述第二吸热部，所述第一吸热部和所述第二吸热部配合形成所述吸热器结构，所述吸热器结构设于外部吸热塔上；
当所述塔式光热发电系统位于北半球时，所述第一吸热部为北侧吸热器，所述第二吸热部为南侧吸热器；当所述塔式光热发电系统位于南半球时，所述第一吸热部为南侧吸热器，所述第二吸热部为北侧吸热器。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度与所述第二吸热部的受光高度相同，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度与所述第二吸热部的受光高度相同，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述第一吸热部和所述第二吸热部通过平面吸热面板相连。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度沿着所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向呈阶梯变化依次减小，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度沿所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向呈线性减小，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度在所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向上呈线性减小，所述吸热器结构的下平面为水平面。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度小于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，所述第一吸热部的直径小于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度等于180°，所述第二吸热部的弧面弧度大于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明一实施例将吸热器结构设计成第一吸热部的受光面积大于第二吸热部的受光面积，在吸热器最高能流限制的条件下，可投射更多的定日镜到第一吸热部上，即可以在第一吸热部一侧的镜场布置更多的定日镜，以达到尽可能的提高镜场光学效率、镜场定日镜的利用率和吸热器的截断效率的有益效果。通过以上原理，在塔式太阳能热电站所需热功率相同的条件下，有效提高了镜场整体综合效率，减少了所需的定日镜数目，即降低了镜场总投资成本，提高电站经济效益。
附图说明
图1本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式一的立体图；
图2本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式一的左视图；
图3本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式二的立体图；
图4本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式二的左视图；
图5本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式三的立体图；
图6本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式三的左视图；
图7本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式四的立体图；
图8本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式四的左视图；
图9本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式五的立体图；
图10本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式五的左视图；
图11本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式六的立体图；
图12本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式六的左视图；
图13本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式七的立体图；
图14本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式七的左视图；
图15本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式八的立体图；
图16本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式八的左视图；
图17本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式九的立体图；
图18本发明的用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构型式九的左视图；
图19为不同地理纬度下定日镜镜场的余弦效率分布图。
附图标记说明：1001：第一吸热部；1002：第二吸热部；1003：吸热塔中心；1004：第一吸热部的受光高度中心；1005：平面吸热面板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1和图2，一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，包括第一吸热部1001和第二吸热部1002的受光面为弧面，第一吸热部1001的受光面积大于第二吸热部1002，第一吸热部1001和第二吸热部1002配合形成吸热器，吸热器设于吸热塔上。当塔式光热发电系统位于北半球时，第一吸热部1001为北侧吸热器，第二吸热部1002为南侧吸热器；当塔式光热发电系统位于南半球时，第一吸热部1001为南侧吸热器，第二吸热部1002为北侧吸热器。将吸热器结构设计成第一吸热部1001的受光面积大于第二吸热部1002的受光面积时，在吸热器最高能流限制的条件下，可投射更多的定日镜到第一吸热部1001上，即可以在第一吸热部1001一侧的镜场布置更多的定日镜，以达到尽可能的提高镜场光学效率、镜场定日镜的利用率和吸热器的截断效率的有益效果。通过以上原理，在塔式太阳能热电站所需热功率相同的条件下，有效提高了镜场整体综合效率，减少了所需的定日镜数目，即降低了镜场总投资成本，提高电站经济效益。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图1和图2，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径大于第二吸热部1002的直径，第一吸热部1001的受光高度与第二吸热部1002的受光高度相同，第一吸热部1001的弧面弧度大于180°，第二吸热部1002的弧面弧度等于180°。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图3和图4，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径大于第二吸热部1002的直径，第一吸热部1001的受光高度与第二吸热部1002的受光高度相同，第一吸热部1001和第二吸热部1002的弧面弧度均等于180°，第一吸热部1001的弧面中心和第二吸热部1002的弧面中心均位于吸热塔中心1003，第一吸热部1001和第二吸热部1002通过平面吸热面板1005相连。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图5和图6，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径与第二吸热部1002的直径相同，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001和第二吸热部1002的弧面弧度均等于180°，第一吸热部1001的弧面中心和第二吸热部1002的弧面中心均位于吸热塔中心1003，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图7和图8，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径与第二吸热部1002的直径相同，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001和第二吸热部1002的弧面弧度均等于180°，第一吸热部1001的弧面中心和第二吸热部1002的弧面中心均位于吸热塔中心1003，吸热器结构的受光高度沿着第一吸热部1001向第二吸热部1002的方向呈阶梯变化依次减小，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图9和图10，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径与第二吸热部1002的直径相同，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001和第二吸热部1002的弧面弧度均等于180°，第一吸热部1001的弧面中心和第二吸热部1002的弧面中心均位于吸热塔中心1003，吸热器结构的受光高度沿第一吸热部1001向第二吸热部1002的方向呈线性减小，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
实施例7
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图11和图12，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径与第二吸热部1002的直径相同，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001和第二吸热部1002的弧面弧度均等于180°，第一吸热部1001的弧面中心和第二吸热部1002的弧面中心均位于吸热塔中心1003，吸热器结构的受光高度在第一吸热部1001向第二吸热部1002的方向上呈线性减小，吸热器结构的下平面为水平面。
实施例8
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图13和图14，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径大于第二吸热部1002的直径，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001的弧面弧度大于180°，第二吸热部1002的弧面弧度等于180°，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
实施例9
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图15和图16，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径大于第二吸热部1002的直径，第一吸热部1001的受光高度小于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001的弧面弧度大于180°，第二吸热部1002的弧面弧度等于180°，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
实施例10
本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。
参看图17和图18，一种用于塔式光热发电系统的吸热器，第一吸热部1001的直径小于第二吸热部1002的直径，第一吸热部1001的受光高度大于第二吸热部1002的受光高度，第一吸热部1001的弧面弧度等于180°，第二吸热部1002的弧面弧度大于180°，第一吸热部1001的受光高度中心1004与第二吸热部1002的受光高度中心位于同一水平面上。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，包括第一吸热部和第二吸热部，所述第一吸热部和所述第二吸热部的受光面为弧面，所述第一吸热部的受光面积大于所述第二吸热部的受光面积，所述第一吸热部和所述第二吸热部配合形成所述吸热器结构，所述吸热器结构设于外部吸热塔上；
当所述塔式光热发电系统位于北半球时，所述第一吸热部为北侧吸热器，所述第二吸热部为南侧吸热器；当所述塔式光热发电系统位于南半球时，所述第一吸热部为南侧吸热器，所述第二吸热部为北侧吸热器。
2.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度与所述第二吸热部的受光高度相同，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°。
3.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度与所述第二吸热部的受光高度相同，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述第一吸热部和所述第二吸热部通过平面吸热面板相连。
4.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
5.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度沿着所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向呈阶梯变化依次减小，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
6.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度沿所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向呈线性减小，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
7.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径与所述第二吸热部的直径相同，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部和所述第二吸热部的弧面弧度均等于180°，所述吸热器结构的受光高度在所述第一吸热部向所述第二吸热部的方向上呈线性减小，所述吸热器结构的下平面为水平面。
8.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
9.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径大于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度小于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度大于180°，所述第二吸热部的弧面弧度等于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
10.按照权利要求1所述的一种用于塔式光热发电系统的外接式吸热器结构，其特征在于，所述第一吸热部的直径小于所述第二吸热部的直径，所述第一吸热部的受光高度大于所述第二吸热部的受光高度，所述第一吸热部的弧面弧度等于180°，所述第二吸热部的弧面弧度大于180°，所述第一吸热部的受光高度中心与所述第二吸热部的受光高度中心位于同一水平面上。
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