CN113446175A - 一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种点‑线聚焦结合式太阳能热发电系统及方法，低温集热段利用线聚焦的低温、镜场效率高的特性，取代预热器，高温段采用点聚焦高温，热电效率高的特点，减少点聚焦吸热器高度、提高镜场效率。本发明集成效率高、损耗小，成本低。

Description

一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统及方法
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统及方法。
背景技术
在高比例的可再生能源发电系统中，需要构建新型电力系统或电源系统来支撑双碳目标的实现，太阳能热发电具有大规模长时间储热储能作用，可作为基本负荷电源或调峰电源，克服可再生能源发电波动性，间隙性，不连续性等劣势，提高电力系统的稳定性，为实现双碳目标，节约大规模风电，光伏储能调峰等问题提供实现路径。
目前组合式太阳能热发电系统中，槽式一般采用导热油蒸汽发生系统、塔式采用熔盐蒸汽发生系统，然后给水系统结合。采用导热油存在高温结焦，泄漏后污染环境，气味难闻，12℃以下需要防凝等，和熔盐系统结合有两种介质，造成系统复杂等问题。
或者循环介质采用超临界二氧化碳。目前超临界二氧化碳汽轮机存在高温腐蚀，密封等问题，同时700℃以上的管道，阀门材料的长期运行的可靠性期待验证。
或者是槽式和塔式采用水工质或熔盐工质的同一种介质。塔式采用水工质在塔式吸热器大热负荷下及大的热负荷变化率下难以控制，造成吸热气部分区域传热恶化，熔盐出现爆管等问题。而低温段在槽式集热场中采用熔盐作为集热介质，一是没有充分发挥熔盐的高温性能，二是熔盐的凝固点较高，需要较多的防凝电耗和措施，三是槽式熔盐的旋转接头或连接软管可靠性需要解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明利用不同太阳能热发电技术特点和优势，进行能量的梯级利用，充分利用工质特性，降低厂用电率，提高太阳能热发电效率，降低系统造价，对太阳能热发电技术发展具有重要作用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，包括点聚焦吸热器，所述点聚焦吸热器通过点聚焦聚光镜场聚焦热量，所述点聚焦吸热器的出口端连接至高温储热罐，所述高温储热罐的出口连接至过热器的熔盐侧入口以及再热器的熔盐侧入口，过热器的熔盐侧出口连接至蒸发器的熔盐侧入口，再热器的熔盐侧出口和蒸发器的熔盐侧出口共同连接至低温储热罐的入口端，低温储热罐的出口端连接至点聚焦吸热器的入口端；
所述过热器的蒸汽侧出口连接至汽轮机高压缸入口，汽轮机高压缸的出口连接至再热器的汽侧入口，再热器的汽侧出口连接至汽轮机中压缸的入口，汽轮机中压缸的出口连接至汽轮机低压缸的入口，汽轮机低压缸的排汽口连接至凝汽器，凝汽器的凝结水出口端通过轴封加热器连接至若干串联的低压加热器，所述低压加热器的蒸汽入口连接至汽轮机低压缸的蒸汽抽出口，所述低压加热器的疏水出口依次串联后连接至凝汽器的汽侧入口端，若干串联的低压加热器的水出口连接至除氧器，除氧器的蒸汽入口连接至汽轮机中压缸的蒸汽出口，除氧器的给水出口连接至若干串联的高压加热器，所述高压加热器的蒸汽入口连接至汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的蒸汽抽出口，所述高压加热器的疏水出口依次串联后连接至除氧器汽侧入口，若干串联的高压加热器的水出口通过线聚焦镜场连接至蒸发器的水侧入口。
进一步地，所述低温储热罐的出口端通过低温熔盐泵连接至点聚焦吸热器的入口端。
进一步地，所述高温储热罐的出口通过高温熔盐泵连接至过热器的熔盐侧入口以及再热器的熔盐侧入口。
进一步地，所述除氧器的出口通过给水泵连接至若干串联的高压加热器。
进一步地，所述凝汽器的出口端通过凝结水泵连接至轴封加热器。
进一步地，所述点聚焦聚光镜场采用一次聚焦的点聚焦聚光镜场或者二次反射聚焦的点聚焦聚光镜场。
进一步地，所述点聚焦聚光镜场由若干面积为10-120m2的跟踪反射镜组成。
进一步地，所述线聚焦镜场采用槽式聚焦镜场或者菲涅尔反射聚焦镜场或菲涅尔透射镜场。
进一步地，所述线聚焦镜场由若干反射镜和集热器构成或直接由其他形式的高温真空集热管构成，且线聚焦镜场呈阵列布置。
一种点-线聚焦结合式太阳能热发电方法，低温段采用线聚焦镜场加热水工质，预热后的给水继续被经过塔式聚光镜场加热后的熔盐加热，在蒸发器产生饱和蒸汽，继而进入过热器加热为过热蒸汽进入汽轮机，在汽轮机中作功后的蒸汽被凝汽器冷却为凝结水，再经低压加热器、高压加热器后送入线聚焦镜场加热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明整个集热储热系统只有二种介质，低温段利用水工质作为吸热介质，作为集热系统的预热段，可直接节省一般系统中的预热器，同时减少一般系统中的导热油污染，防凝电耗和泄露风险。同时预热后的给水直接进入熔盐塔式的换热器-蒸发器中。充分利用塔式高聚光比特性和熔盐系统高温段能力。整个系统简单，运行维护方便，防凝电耗少，能量梯级利用，使塔式和槽式镜场效率提高，集热系统成本降低。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明点-线聚焦结合式太阳能热发电系统结构示意图。
其中，1、点聚焦聚光镜场；2、点聚焦吸热器；3、高温储热罐；4、低温储热罐；5、高温熔盐泵；6、低温熔盐泵；7、过热器；8、蒸发器；9、再热器；10、线聚焦镜场；11、汽轮机高压缸；12、汽轮机中压缸；13、汽轮机低压缸；14、除氧器；15、凝汽器；16、凝结水泵；17、轴封加热器；18、低压加热器；19、给水泵；20、高压加热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，低温集热段利用线聚焦的低温、镜场效率高的特性，取代预热器，高温段采用点聚焦高温，热电效率高的特点，减少点聚焦吸热器高度、提高镜场效率。本发明是一种集成效率高、损耗小，成本低的太阳能热发电系统。
利用点聚焦聚光镜场1将热量聚焦到点聚焦吸热器2上，点聚焦吸热器2的熔盐(或其他高温材料介质)侧通过管道和高温储热罐3相连，点聚焦吸热器2低温熔盐侧和低温熔盐泵6相连，高温熔盐泵5连接高温储热罐3、过热器7和再热器9。低温储热罐4和低温熔盐泵6入口以及蒸发器8高温熔盐侧出口相连。过热器7蒸汽侧出口连接至汽轮机高压缸11入口。汽轮机高压缸11出口连接到再热器9汽侧入口，汽轮机中压缸12入口和再热器9汽侧出口相连。线聚焦镜场10出口和蒸发器8水侧入口相连。高压加热器20出口连接至线聚焦镜场10入口。给水泵19出口连接到高压加热器20入口，给水泵19入口和除氧器14出口相连。低压加热器18出口和除氧器14相连，低压加热器18入口和轴封加热器17出口相连，凝结水泵16入口、出口分别连接凝汽器15和轴封加热器17，汽轮机低压缸13排汽和凝汽器15相连。
所述线聚焦镜场10起到低温预热作用，可取代常规传统系列换热器中的预热器装置，所述点聚焦聚光镜场1可以是一次聚焦的塔式吸热系统，也可以是二次反射聚焦的塔式吸热系统；所述的线聚焦镜场10可以是槽式聚焦集热系统，也可以是菲涅尔聚焦的集热系统，可采用小开口槽式或小型菲涅尔式集热镜场，线聚焦镜场10的吸热工质直接耦合到点聚焦聚光镜场1的熔盐，线聚焦镜场10中为水工质，并控制具有一定的过冷度，出口介质温度为230-250℃为宜，点聚焦聚光镜场1的吸热介质可以是熔盐介质，也可以是高温颗粒介质等其他高温材料，集热场出口温度为550-570℃，点聚焦聚光镜场1可以是10-120m2跟踪反射镜，也可以是其他不同尺寸，不同形状的反射镜。
点聚焦集热镜场1经过一次或二次反射将太阳光线聚焦到点聚焦吸热器2上，加热从低温储热罐4由低温熔盐泵6输送的熔盐，经过加热后的熔盐由点聚焦吸热器2出口流回到高温储热罐3。高温储热罐3的熔盐经高温熔盐泵5输送依次经过过热器7，蒸发器8，再回到低温储热罐4。从高压加热器20组合出口的给水经过线聚焦镜场10被太阳光线直接或间接加热给水，温度升高的给水进入蒸发器8中，吸收熔盐热量蒸发为饱和蒸汽，从蒸发器8出口进入过热器7入口，继续吸收熔盐热量，在过热器7出口产生过热蒸汽，进入汽轮机高压缸11入口，做功后的蒸汽从汽轮机高压缸11出口排出，经过再热器9加热后，进入汽轮机中压缸12入口，蒸汽作功后一部分蒸汽进入汽轮机低压缸13入口，一部分蒸汽进入除氧器14蒸汽入口，低压缸13出口蒸汽进入凝汽器被冷却为凝结水，经凝结水泵16输送到低压加热器组15，再经低压缸抽汽加热后进入除氧器14入口，从除氧器14出口的给水被给水泵19输送到高压加热器20组合，被汽轮机高压缸11、汽轮机中压缸12的抽汽加热，升温后的给水进入线聚焦镜场10。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，包括点聚焦吸热器(2)，所述点聚焦吸热器(2)通过点聚焦聚光镜场(1)聚焦热量，所述点聚焦吸热器(2)的出口端连接至高温储热罐(3)，所述高温储热罐(3)的出口连接至过热器(7)的熔盐侧入口以及再热器(9)的熔盐侧入口，过热器(7)的熔盐侧出口连接至蒸发器(8)的熔盐侧入口，再热器(9)的熔盐侧出口和蒸发器(8)的熔盐侧出口共同连接至低温储热罐(4)的入口端，低温储热罐(4)的出口端连接至点聚焦吸热器(2)的入口端；
所述过热器(7)的蒸汽侧出口连接至汽轮机高压缸(11)入口，汽轮机高压缸(11)的出口连接至再热器(9)的汽侧入口，再热器(9)的汽侧出口连接至汽轮机中压缸(12)的入口，汽轮机中压缸(12)的出口连接至汽轮机低压缸(13)的入口，汽轮机低压缸(13)的排汽口连接至凝汽器(15)，凝汽器(15)的凝结水出口端通过轴封加热器(17)连接至若干串联的低压加热器(18)，所述低压加热器(18)的蒸汽入口连接至汽轮机低压缸(13)的蒸汽抽出口，所述低压加热器(18)的疏水出口依次串联后连接至凝汽器(15)的汽侧入口端，若干串联的低压加热器(18)的水出口连接至除氧器(14)，除氧器(14)的蒸汽入口连接至汽轮机中压缸(12)的蒸汽出口，除氧器(14)的给水出口连接至若干串联的高压加热器(20)，所述高压加热器(20)的蒸汽入口连接至汽轮机高压缸(11)和汽轮机中压缸(12)的蒸汽抽出口，所述高压加热器(20)的疏水出口依次串联后连接至除氧器(14)汽侧入口，若干串联的高压加热器(20)的水出口通过线聚焦镜场(10)连接至蒸发器(8)的水侧入口。
2.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述低温储热罐(4)的出口端通过低温熔盐泵(6)连接至点聚焦吸热器(2)的入口端。
3.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述高温储热罐(3)的出口通过高温熔盐泵(5)连接至过热器(7)的熔盐侧入口以及再热器(9)的熔盐侧入口。
4.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述除氧器(14)的出口通过给水泵(19)连接至若干串联的高压加热器(20)。
5.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述凝汽器(15)的出口端通过凝结水泵(16)连接至轴封加热器(17)。
6.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述点聚焦聚光镜场(1)采用一次聚焦的点聚焦聚光镜场或者二次反射聚焦的点聚焦聚光镜场。
7.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述点聚焦聚光镜场(1)由若干面积为10-120m2的跟踪反射镜组成。
8.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述线聚焦镜场(10)采用槽式聚焦镜场或者菲涅尔反射聚焦镜场或菲涅尔透射镜场。
9.根据权利要求1所述的一种点-线聚焦结合式太阳能热发电系统，其特征在于，所述线聚焦镜场(10)由若干反射镜和集热器构成或直接由其他形式的高温真空集热管构成，且线聚焦镜场(10)呈阵列布置。
10.一种点-线聚焦结合式太阳能热发电方法，其特征在于，低温段采用线聚焦镜场(10)加热水工质，预热后的给水继续被经过塔式聚光镜场(1)加热后的熔盐加热，在蒸发器(8)产生饱和蒸汽，继而进入过热器(7)加热为过热蒸汽进入汽轮机，在汽轮机中作功后的蒸汽被凝汽器(15)冷却为凝结水，再经低压加热器(18)、高压加热器(20)后送入线聚焦镜场(10)加热。
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