CN202673592U - 槽式太阳能-燃气联合循环发电系统 - Google Patents

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魏春岭
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吴卫
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王旭
聂会建
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Abstract

本实用新型一种槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，包含相互连接的槽式太阳能热发电系统和燃气联合循环发电系统，燃气联合循环发电系统包括相互连接的余热锅炉和蒸汽轮发电机组，余热锅炉还连接燃气轮发电机组。带储热系统的槽式太阳能热发电系统包含集热子系统，储热子系统，蒸汽发生系统；蒸汽发生系统连接余热锅炉和蒸汽轮发电机组。本实用新型可提高能源利用效率、与电网的峰谷相适应、提高了系统的稳定性。

Description

槽式太阳能-燃气联合循环发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种发电系统，特别是一种新颖的将槽式太阳能热发电技术与蒸汽-燃气联合循环发电技术相结合的发电系统。
背景技术
现有技术中，关于槽式太阳能热发电技术与燃气-蒸汽联合循环发电技术概述如下。
1、槽式太阳能热发电技术。
槽式太阳能热发电全称为“槽式抛物面聚光太阳能热发电”，其装置是一种借助槽式抛物面反光镜将太阳光反射并聚焦到集热管上，加热集热管中的导热油，管中导热油通过蒸汽发生系统将水加热成水蒸汽，驱动汽轮发电机组发电的清洁能源利用装置。
槽式太阳能热发电系统主要包括以下五个子系统。
（1）集热子系统，是系统的核心，由槽式抛物面反光镜、接收器和跟踪装置构成。热接收器采用真空管式；跟踪方式采用一维跟踪，南北布置方式。
（2）蒸汽发生子系统，由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。工质为导热油，采用双回路，即接收器中导热油被加热后，进入蒸汽发生子系统中产生过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮发电子系统发电。
（3）发电子系统，基本组成与常规发电设备类似，但需要配置一种专用控制装置，用于太阳能加热系统与辅助能源系统之间的切换，或用于太阳能加热系统与辅助能源加热系统混合工作。
（4）储热子系统，在夜间情况下，太阳能热发电系统可以依靠热储能系统储存的能量维持系统正常运行一定的时间。
（5）辅助能源子系统。在夜间、阴天或其他无太阳光照射的情况下，可以采用辅助能源系统供热。
槽式太阳能热发电技术是目前世界上最成熟的，也是目前唯一实现商业化运行的太阳能热发电技术。槽式太阳能热发电技术的优势在于：系统结构紧凑，其太阳能热辐射收集装置占地面积比塔式和碟式系统的要小30%左右；槽式抛物面集热装置的制造所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产；用于聚焦太阳光的槽式抛物面聚光器加工简单，制造成本较低；太阳能槽式发电不需太高的建筑，其跟踪系统只需一维同轴跟踪即可实现多个集热器的实时跟踪，减少跟踪系统难度和费用。
目前，槽式太阳能热发电技术的主要技术制约难点是集热工质（导热油）受材料特性限制，只能加热至390℃左右，产生的蒸汽温度为370℃左右，发电子系统热效率较低；此外，导热油还存在高温分解、腐蚀，低温凝固等问题。
2、燃气-蒸汽联合循环发电技术。
燃气-蒸汽联合循环发电技术是二十世纪四十年代末开始发展起来的一种能源综合利用技术，是以燃气轮机循环为前置循环、以蒸汽轮机循环为后置循环所组成的联合循环。燃气-蒸汽联合循环发电机组由燃气轮机发电机组、余热锅炉、蒸汽轮发电机组组成，将燃气轮机排出的“废气”引入余热锅炉，加热水产生高温高压的蒸汽，再推动汽轮机做功。相当于将燃气轮机的布雷顿循环和汽轮机的朗肯循环联合起来，形成能源梯级利用的总能系统，达到极高的热效率，整个联合循环的热效率较燃气轮机简单循环和汽轮发电机组有显著提高，可达60%左右。目前，燃气轮机的入口烟气温度已能达到约1500℃，排烟温度在480~610℃之间。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，此种带储热子系统的槽式太阳能热发电与燃气-蒸汽联合循环相结合的太阳能热发电系统（ISCC），能够提高太阳能的利用效率和全厂总热效率。该系统将槽式太阳能热发电系统中由太阳能蒸汽发生系统产生的蒸汽引入余热锅炉，利用燃气轮机的烟气余热，将蒸汽进一步过热，进入汽轮机发电。该系统中，槽式太阳能热发电系统集中吸收的太阳能转化为蒸汽的热能，经余热锅炉进一步提高蒸汽的品质，再经汽轮发电机组，最终转化为电能。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，包含相互连接的槽式太阳能热发电系统和燃气联合循环发电系统，燃气联合循环发电系统包括相互连接的余热锅炉和蒸汽轮发电机组，余热锅炉还连接燃气轮发电机组。
槽式太阳能热发电系统包含集热子系统，集热子系统连接储热子系统；集热子系统还连接蒸汽发生系统；蒸汽发生系统连接余热锅炉和蒸汽轮发电机组。
集热子系统与储热子系统通过第一导热油供油管和第一导热油回油管连接；集热子系统与蒸汽发生系统通过第二导热油供油管和第二导热油回油管连接；蒸汽发生系统与余热锅炉通过第一蒸汽管和第一给水管连接。
余热锅炉与蒸汽发电机组通过第二蒸汽管和第二给水流管连接。
本实用新型的有益效果如下。
1、槽式太阳能与天然气相结合联合循环发电，可提高能源利用效率。
常规槽式太阳能发电全厂总热效率约为13～16%。常规燃气-蒸汽联合循环（NGCC）发电全厂总热效率约为45%～60%。槽式太阳能-燃气联合循环系统（ISCC）全厂总热效率可达70%～80%。使整个槽式太阳能-燃气联合循环电站的总体效率可提高25%。槽式太阳能-燃气联合循环发电系统充分利用太阳能作为中低温加热热源，天然气发电后的高温烟气作为高温加热热源，提高能源利用效率。
2、槽式太阳能——燃气联合循环系统与电网的峰谷相适应。
通常每天用电高峰在白天和傍晚，而用电低谷在晚上。从太阳能辐射的日分布上看，从上午9点至下午4点太阳能辐射强度较强，通过增加热储热系统后，可延长整个槽式太阳能——燃气联合循环系统运行小时至晚上9点，系统出力变化与电网用电峰谷相吻合。
3、槽式太阳能——燃气联合循环系统与常规槽式太阳能相比提高了系统的稳定性。
常规槽式太阳能发电系统需要每天启停，在每天启停的过程中需要消耗大量的额外能量，减少了汽轮机组出力；同时，汽轮机每天启停，增加了机组的疲劳损伤，减少了机组的运行寿命。槽式太阳能——燃气联合循环系统每天在30%~100%负荷之间运行，通过调整机组出力，减少了机组的频繁启停。
附图说明
图1是本实用新型系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，包含相互连接的槽式太阳能热发电系统和燃气联合循环发电系统，燃气联合循环发电系统包括相互连接的余热锅炉4和蒸汽轮发电机组6，余热锅炉4还连接燃气轮发电机组5。
槽式太阳能热发电系统包含集热子系统1，集热子系统1连接储热子系统2；集热子系统1还连接蒸汽发生系统3；蒸汽发生系统3连接余热锅炉4，余热锅炉4连接蒸汽轮发电机组6。
集热子系统1与储热子系统2通过第一导热油供油管11和第一导热油回油管21连接；集热子系统1与蒸汽发生系统3通过第二导热油供油管12和第二导热油回油管22连接；蒸汽发生系统3与余热锅炉通4过第一蒸汽管13和第一给水管23连接。
余热锅炉4与蒸汽轮发电机组6通过第二蒸汽管14和第二给水管24连接。
在槽式太阳能-燃气联合循环发电系统（ISCC）配置中，最大可能的提高太阳能在整个系统出力所占的比例，约为40%。
上述技术方案有两种主要运行模式：ISCC运行模式和NGCC运行模式。在ISCC运行模式下，太阳能直接辐射经槽式反射镜反射至位于槽式反射镜焦线上的真空集热管，真空集热管内的导热油吸收太阳能，太阳能转化为热能；导热油加热给水，太阳能蒸汽发生系统产生过热蒸汽；在余热锅炉内，燃气轮机高温排烟作为高温热源，加热自太阳能系统来过热蒸汽，进一步提高过热度；过热后的蒸汽进入汽轮发电机组发电。NGCC运行模式下，切除太阳能系统，系统运行方式为常规燃气-蒸汽联合循环。
本发明设置一台余热锅炉和一套蒸汽发电机组，合理选择主蒸汽参数，余热锅炉受热面优化设置，可同时满足ISCC和NGCC这两种工况。余热锅炉和蒸汽轮机都比常规燃气-蒸汽联合循环机组出力较大。在ISCC工况下，太阳能系统来蒸汽全部进入余热锅炉过热，再至汽轮发电机组发电；在NGCC工况下，汽轮机组排汽经冷凝后，进入余热锅炉预热、蒸发、过热，再送至汽轮发电机组。NGCC工况与ISCC工况相比，主蒸汽流量减少，温度升高，压力降低，出力减小。
本发明设置储热子系统。在夜间情况下，太阳能热发电系统可以依靠热储能系统储存的能量维持系统正常运行一定的时间。设置储热子系统，进一步利用太阳能发电，同时进一步降低ISCC电站对电网的冲击；可通过控制储热系统的蓄放热时间，使ISCC电站供电曲线与当地电负荷需求曲线尽量相符；也可使ISCC工况与NGCC工况过渡更为平稳。

Claims (4)

1.一种槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，其特征在于，包含相互连接的槽式太阳能热发电系统和燃气联合循环发电系统，燃气联合循环发电系统包括相互连接的余热锅炉和蒸汽轮发电机组，余热锅炉还连接燃气轮发电机组。
2.如权利要求1所述的槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，其特征在于，槽式太阳能热发电系统包含集热子系统，集热子系统连接储热子系统；集热子系统还连接蒸汽发生系统；蒸汽发生系统连接余热锅炉和蒸汽轮发电机组。
3.如权利要求2所述的槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，其特征在于，集热子系统与储热子系统通过第一导热油供油管和第一导热油回油管连接；集热子系统与蒸汽发生系统通过第二导热油供油管和第二导热油回油管连接；
蒸汽发生系统与余热锅炉通过第一蒸汽管和第一给水管连接。
4.如权利要求1、2或3所述的槽式太阳能-燃气联合循环发电系统，其特征在于，余热锅炉与蒸汽轮发电机组通过第二蒸汽管和第二给水管连接。
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