CN207975863U - 一种塔式光热电站用混合式吸热器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种塔式光热电站用混合式吸热器，所述混合式吸热器包括管式吸热区和非管式吸热区，其中，所述非管式吸热区能够吸收并储存太阳辐射能或溢出的太阳辐射能。本实用新型提供的塔式光热电站用混合式吸热器将原有吸热器的防护区由耐高温高反射率材料变更为在吸热器防护区设置的非管式吸热区以对损失的能量加以利用，这样不仅可以有效利用大量的损失能量，同时也可以有效避免使用昂贵、耐高温的反射材料做防护，大大提高了电站的投资和运行经济性。

Description

一种塔式光热电站用混合式吸热器
技术领域
本实用新型涉及塔式太阳能热发电技术领域，更具体地讲，涉及一种塔式光热电站用混合式吸热器。
背景技术
塔式光热电站利用大量的定日镜跟踪和聚焦太阳辐射能，这些能量被吸热器吸收后转化为工质的热能。
目前，纯管式吸热器存在的主要问题包括：一是当镜场辐射能量较小时，泵的运行能耗高，吸热器的产出能量可能会小于泵的消耗能量，此时会出现弃光；二是吸热器负荷过低，工质小流量运行可能导致吸热器出现超温等不安全运行工况，此时也会出现弃光；三是吸热器设计出力并不是按镜场最大出力设计，使得某些时段会出现消纳不了的弃光；四是由于定日镜在跟踪时不可避免存在误差，造成镜场能量溢出损失；五是为了防止镜场溢出光斑对吸热塔周围设备造成安全事故，需要在吸热器受光区域以外布置大面积的隔热防护区，造价高。
根据对年集热量为540GWh的聚光集热场损失数据统计，因辐射资源过低造成的吸热器不能运行的镜场能量损失为36GWh，因溢出损失造成的镜场能量损失为33GWh，因辐射资源过大造成的镜场能量损失为5GWh，整个镜场年损失能量达到74GWh，占聚光集热场有效输出热量的13.7％。
对于一个300MWt的吸热器而言，其防护区的面积约为900m2，并且防护区必须是能够承受大热流密度照射的耐高温或高反射率材料，还需要保证25 年的运行寿命，造价昂贵。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种能够对损失能量进行有效收集利用的混合式吸热器。
本实用新型提供了一种塔式光热电站用混合式吸热器，所述混合式吸热器包括管式吸热区和非管式吸热区，其中，所述非管式吸热区能够吸收并储存太阳辐射能或溢出的太阳辐射能。
根据本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的一个实施例，所述非管式吸热区设置在所述混合式吸热器的防护区处。
根据本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的一个实施例，所述非管式吸热区位于所述管式吸热区的两端。
根据本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的一个实施例，所述非管式吸热区为聚光光伏单元、储热式吸热单元或热化学式吸热单元。
根据本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的一个实施例，所述非管式吸热区能够向管式吸热区释放储存的能量并对所述管式吸热区进行保温防护。
根据本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的一个实施例，所述管式吸热区的工质为水/蒸汽或者熔盐。
本实用新型提供的塔式光热电站用混合式吸热器将原有吸热器的防护区由耐高温高反射率材料变更为在吸热器防护区设置的非管式吸热区以对损失的能量加以利用，这样不仅可以有效利用大量的损失能量，同时也可以有效避免使用昂贵、耐高温的反射材料做防护，大大提高了电站的投资和运行经济性。
附图说明
图1示出了根据本实用新型示例性实施例的塔式光热电站用混合式吸热器的结构示意图。
附图标记说明：
1-非管式吸热区、2-管式吸热区。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如上所述，现有的塔式吸热器主要存在如下几方面的问题：一是塔式光热电站吸热器因流动换热等特性限制，使其只能接收一定范围内的镜场能量，当镜场能量过高或过低时都会造成弃光的问题；二是镜场在各种运行工况下都不可避免地会存在光斑溢出到吸热器受热面以外的区域造成光斑的溢出损失；三是为了保护吸热器周边设备设施的安全性，需要在吸热器的上下范围作足够大的防护区，这些防护区需要承受较高的热流照射，这对防护材料的耐温能力、长期运行寿命等提出了很高的要求，而且现有的防护区设计仅仅是起保护作用，而没有产生任何的经济效益；四是现有的吸热器结构型式对镜场的运行控制提出了较高要求，比如在备用和散焦工况下，必须将定日镜瞄准点设定到虚拟的指定位置，并且还需要对定日镜的移动路径进行规划以避免光斑对其它设施设备的威胁。
因此，本实用新型针对常规吸热器存在的问题进行改进，尤其对防护区进行了改进，例如将常规吸热器防护区由耐高温的保温材料更换为聚光光伏、储热式吸热器、热化学储能材料等，进而有效提高塔式光热电站的光资源利用率和电站的经济性，同时能够降低镜场的运行难度。
下面将对本实用新型塔式光热电站用混合式吸热器的结构和原理进行详细的说明。
图1示出了根据本实用新型示例性实施例的塔式光热电站用混合式吸热器的结构示意图。
如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述塔式光热电站用混合式吸热器包括管式吸热区2和非管式吸热区1，其中，非管式吸热区1能够吸收并储存太阳辐射能或溢出的太阳辐射能。
具体地，管式吸热区内的工质为常规的水/蒸汽或者熔盐等工质，与普通吸热器完全相同。
非管式吸热区则不采用流动工质，其工作时不需要由泵等提供循环动力，也不会消耗能量，加之不存在传热恶化等问题，其可以在低太阳辐射时正常运行并吸收、储存太阳辐射能，也可以在太阳辐射超过管式吸热区的消纳能力时吸收溢出的太阳辐射能，并且非管式吸热区还可以兼作纯管式吸热区的保温防护，大大提高电站的经济性。
优选地，非管式吸热区1可以为聚光光伏单元、储热式吸热单元或热化学式吸热单元等储能单元。并且，该非管式吸热区1设置在混合式吸热器的防护区处，以替代原防护区的耐高温材料；更优选地，非管式吸热区1位于管式吸热区2的两端以便于控制，同时，非管式吸热区1还能够向管式吸热区2释放储存的能量并对管式吸热区2进行保温防护。
在太阳直射辐射值(DNI)低于吸热器中管式吸热区的运行要求时，将定日镜瞄准非管式吸热区1上使其吸收并储存低太阳辐射时的太阳辐射能；当 DNI满足管式吸热区的运行要求时，将定日镜的瞄准点依次移向管式吸热区2，使管式吸热区2的负荷逐渐上升至满负荷；当DNI超过管式吸热区的最大功率时，将部分定日镜散焦至非管式吸热区1使其吸收并储存高太阳辐射时的溢出太阳辐射能(包括弃光和溢出光)，从而避免能量的浪费。此外，当管式吸热区2正常运行时，非管式吸热区1也能够吸收镜场溢出的能量保持运行。
也即，本实用新型的混合式吸热器能够在低太阳辐射时由非管式吸热区接收太阳辐射能，同时能够在高太阳辐射时由管式吸热区吸收主要的太阳辐射能，由储非管式吸热区吸收溢出的太阳辐射能；该非管式吸热区还能够向管式吸热区释放储存的热能，并且能够代替保温法对吸热塔进行防护。
当采用本实用新型的混合式吸热器时，可有效利用镜场的弃光带来良好的经济效益，以由管式吸热区与聚光光伏式的非管式吸热区组成的混合式吸热器为例分析如下：
聚光光伏系统依据聚光比可分为高倍聚光系统(＞100×)、中倍聚光系统 (10～100×)和低倍聚光系统(＜10×)三种，目前聚光光伏系统的最高聚光比可达500倍，即可承受近500kW/m2的热流密度(背面需冷却)，光电转换效率大于40％，针对年镜场集热量为640GWh的镜场而言，其年损失能量为74GWh，按照目前高倍聚光系统年均光电效率为25％计算，该混合式吸热器的年发电量可达18.5GWh，即使按照目前的0.8/kWh的光伏上网电价计算，其年经济收益也可达1480万，具有很好的经济性。
当然，对于防护区的非管式吸热区采用储热式吸热单元或热化学式吸热单元的混合式吸热器，同样可以带来可观的经济效益。
以上和图中混合式吸热器中结构形式仅为示例性的结构说明，本领域技术人员可以根据上述设计思路和工程需求调整结构和布置形式。
综上所述，本发明采用如聚光光伏、储热式吸热材料代替常规的吸热器防护区材料，形成一种新型的塔式光热电站用混合式吸热器，不仅能有效对吸热塔上的设备设施进行防护，还可以对弃光和溢出光的能量加以收集利用，这种新型吸热器对定日镜的运行控制难度大幅度降低，在镜场低功率和高功率时，只需要将定日镜瞄准非管式吸热区即可，不需要频繁调度定日镜的目标点，这对于提高电站的技术经济性有很好的益处。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述混合式吸热器包括管式吸热区和非管式吸热区，其中，所述非管式吸热区能够吸收并储存太阳辐射能或溢出的太阳辐射能。
2.根据权利要求1所述的塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述非管式吸热区设置在所述混合式吸热器的防护区处。
3.根据权利要求2所述的塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述非管式吸热区位于所述管式吸热区的两端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述非管式吸热区为聚光光伏单元、储热式吸热单元或热化学式吸热单元。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述非管式吸热区能够向管式吸热区释放储存的能量并对所述管式吸热区进行保温防护。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的塔式光热电站用混合式吸热器，其特征在于，所述管式吸热区的工质为水/蒸汽或者熔盐。
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