CN209324595U - 地热与太阳能耦合蒸汽发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，属于发电技术领域。地热与太阳能耦合蒸汽发电系统包括供水泵(1)、太阳能加热组件(2)、发电组件(3)和回注泵(4)，供水泵(1)的进水端与地热供给井(5)连通；太阳能加热组件(2)包括至少一个加热单元(21)，每个加热单元(21)包括多个定日镜(211)和吸热器(212)，多个定日镜(211)设置在吸热器(212)的环周；供水泵(1)、吸热器(212)、发电组件(3)和回注泵(4)顺次相连；回注泵(4)的出水端与地热回水井(6)连通。该系统利用太阳能对地热水进行加热方式，实现了充分利用地热能和太阳能进行发电，减少了煤炭的消耗，有利于生态环境的保护。

Description

地热与太阳能耦合蒸汽发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，特别涉及一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统。

背景技术

地热发电是利用地下热水和蒸汽作为动力源的一种新型发电技术，利用能量转换原理，通过将地热能转换为机械能，机械能转换为电能，以满足使用者对于电力的需求。

目前，地热发电需要利用温度不小于150℃的地热水(这里的地热水均为饱和水，压力较高)，在对其进行扩容闪蒸后，得到的湿蒸汽进入到汽轮发电机中进行发电，产生电能。而由于地热发电需要利用温度不小于150℃的地热水，但是大部分地热水的温度为25～60℃，难以达到地热发电所需温度，因此，大部分地热水需要利用其它能源进行加热后使用。在现有技术中，通常利用煤炭等化石燃料对地热水进行燃烧加热，以满足地热发电所需温度的水。

而现有技术在利用煤炭等化石燃料对地热水进行燃烧加热以满足地热发电所需温度的水时，需要消耗大量的煤炭等化石燃料，不仅浪费资源，而且破坏环境。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，以充分利用地热能和太阳能进行发电，减少煤炭的消耗，有利于生态环境的保护。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，所述系统包括：供水泵、太阳能加热组件、发电组件和回注泵，其中，

所述供水泵的进水端与地热供给井连通；

所述太阳能加热组件包括至少一个加热单元，每个所述加热单元包括多个定日镜和吸热器，所述多个定日镜设置在所述吸热器的环周；

所述供水泵、所述吸热器、所述发电组件和所述回注泵顺次相连；

所述回注泵的出水端与地热回水井连通。

在一种可能的设计中，每个所述加热单元的进水端设置有第一电动隔离阀，每个所述加热单元的出水端设置有第二电动隔离阀。

在一种可能的设计中，所述系统还包括：缓冲组件；

所述缓冲组件设置在所述供水泵与所述第一电动隔离阀之间。

在一种可能的设计中，所述供水泵的进水端设置有过滤网，所述供水泵的出水端设置有第一回止阀。

在一种可能的设计中，所述过滤网与所供水泵之间设置有第三电动隔离阀，所述第一回止阀与所述供水泵之间设置有第四电动隔离阀。

在一种可能的设计中，所述发电组件包括汽轮机、发电机和凝汽器；

所述吸热器与所述汽轮机相连，所述汽轮机与所述凝汽器相连；

所述发电机与所述汽轮机轴连接。

在一种可能的设计中，所述吸热器与所述汽轮机之间设置有进汽阀。

在一种可能的设计中，所述回注泵的出水端设置有第二回止阀。

在一种可能的设计中，所述凝汽器与所回注泵之间设置有第五电动隔离阀，所述回注泵与所述第二回止阀之间设置有第六电动隔离阀。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

通过将供水泵的进水端与地热供给井连通，使得供水泵可以从地热供给井内增压获取地热热源的水，地热热源的水从供水泵流入到太阳能加热组件的加热器中，当太阳光照射到定日镜上，定日镜将太阳光反射到吸热器处，利用吸热器将太阳能转换为热能，实现对吸热器内水的加热，利用太阳能对地热水进行加热的方式替代了现有技术中利用煤炭等化石燃料对地热水进行燃烧加热的方式，可以直接得到饱和蒸汽或过热蒸汽，饱和蒸汽或过热蒸汽从加热器中流出，进而流入到发电组件中进行发电，在发电过程中不断地有冷凝水从发电组件中流出，通过回注泵从发电组件中增压获取冷凝水，可将冷凝水回注到地热回水井中，实现了充分利用地热能和太阳能进行发电，减少了煤炭的消耗，有利于生态环境的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统在实际使用时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统中太阳能加热组件的结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1-供水泵，

2-太阳能加热组件，21-加热单元，211-定日镜，212-吸热器，213-吸热塔，

3-发电组件，31-汽轮机，32-发电机，33-凝汽器，

4-回注泵，

5-地热供给井，

6-地热回水井，

7-第一电动隔离阀，

8-第二电动隔离阀，

9-缓冲组件，91-缓冲罐，911-进气口，912-进水口，

10-过滤网，

11-第一回止阀，

12-第三电动隔离阀，

13-第四电动隔离阀，

14-进汽阀，

15-第二回止阀，

16-第五电动隔离阀，

17-第六电动隔离阀，

18-水循环管路。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其结构示意图如图1所示，该系统包括：供水泵1、太阳能加热组件2、发电组件3和回注泵4。

其中，供水泵1的进水端与地热供给井5连通；

太阳能加热组件2包括至少一个加热单元21，如图2所示，每个加热单元21包括多个定日镜211和吸热器212，多个定日镜211设置在吸热器212的环周，如图3所示；

供水泵1、吸热器212、发电组件3和回注泵4顺次相连；

回注泵4的出水端与地热回水井6连通。

本领域技术人员可以理解的是，本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统内的各个组件之间通过管道相连。

需要说明的是，当太阳能加热组件2具有多个加热单元21时，相对应地在系统中设置有多个吸热器212，相邻的两个吸热器212之间通过并联连接，吸热器212的作用是可以吸收太阳辐射能并向传热工质传递热量。

本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统的工作原理为：

通过将供水泵1的进水端与地热供给井5连通，使得供水泵1可以从地热供给井5内增压获取地热热源的水；

地热热源的水从供水泵1流入到加热器212中，当太阳光照射到定日镜211上，定日镜211可以将太阳光反射到吸热器212处，利用吸热器212将太阳能转换为热能，实现对吸热器212内水的加热，可以直接得到饱和蒸汽或过热蒸汽；

饱和蒸汽或过热蒸汽从加热器212流出，进而流入到发电组件3中进行发电；

在发电过程中，不断地有冷凝水从发电组件3中流出，通过回注泵4从发电组件3中增压获取冷凝水，可将冷凝水回注到地热回水井6中。

因此，本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统利用供水泵1、太阳能加热组件2、发电组件3和回注泵4，通过加热器212实现利用太阳能对地热水进行加热的方式替代了现有技术中利用煤炭等化石燃料对地热水进行燃烧加热的方式，实现了充分利用地热能和太阳能进行发电，减少了煤炭的消耗，有利于生态环境的保护。

下面对本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统的结构进行进一步地描述说明：

对于供水泵1而言，供水泵1实现了将地热供给井5内的地热热源的水升压抽取到太阳能加热组件2的吸热器212中进行加热的作用。

在结构设置上，一方面，供水泵1的进水端设置有第一过滤网10，如图2所示，以过滤掉抽取到的地热热源的水中的可能存有的固体大颗粒杂质，防止大颗粒杂质进入供水泵1中损坏供水泵1。

另一方面，供水泵1的出水端设置有第一回止阀11，如图2所示，以防止供水泵1抽取的水回流入地热供给井5中。

同时，供水泵1可以为变频泵，用于控制进入吸热器212中的水量和吸热器212排汽端的饱和蒸汽或过热蒸汽的蒸汽温度。

在具体使用时，供水泵1可以根据吸热器212的排汽端的蒸汽温度实时调整流量。

举例来说，当光照充足时，吸热器212吸热充分，排汽端排出的蒸汽温度达到额定温度，可相应地将供水泵1的流量调大；当光照不充足时，吸热器212吸热不充分，排汽端排出的蒸汽温度达不到额定温度，可相应地将供水泵1的流量调小。

而对于供水泵1的个数，供水泵1的个数至少为两个。

具体地，在确定进入发电组件3的额定蒸汽温度、额定蒸汽压力和额定蒸汽流量后，计算供水泵1的出水端至发电组件3的进汽端之间的管道流动阻力，并留有一定裕量，以确定供水泵1的扬程；基于供水泵1的扬程，通过进入发电组件3的额定蒸汽流量，并留有一定裕量，确定供水泵1的个数。

需要说明的是，至少预留有一个供水泵1作为备用。

相对应地，第一止回阀11的个数与供水泵1的个数相同，也就是说，可在每个供水泵1的出水端均设置有第一止回阀11，如图2所示。

进一步地，为了便于控制供水泵1的使用状态，在第一过滤网10与每个供水泵1之间设置有第三电动隔离阀12，如图2所示，可以控制供水泵1与地热供给井5的连通；在第一回止阀11与供水泵1之间设置有第四电动隔离阀13，如图2所示，可以控制供水泵1与吸热器212的连通。

在实际布设时，可以将供水泵1安装在地面上，进行低位布置。

对于太阳能加热组件2而言，它的作用是可以利用太阳能对地热热源的水进行加热，将地热热源的水由液态转为汽态。

本领域技术人员可以理解的是，在吸热器212内可以直接实现由地热热源的水转变为饱和蒸汽或过热蒸汽的过程。

具体地，在结构设置上，如图3所示，吸热器212设置在吸热塔213的塔顶，定日镜211设置在吸热塔213的塔底，且环绕着吸热塔213进行设置。由于一天当中太阳光的光线角度会发生很大变化，因而定日镜211的方向也要跟随变化，对于定日镜211而言，其还对应设置有控制组件(在图中未显示)，以实现对定日镜211的转动的控制，保证定日镜211反射的太阳光光线可以照射到吸热器212上。

进一步地，为了便于控制吸热器212，在每个加热单元21的进水端设置有第一电动隔离阀7，在每个加热单元21的出水端设置有第二电动隔离阀8，如图2所示。

同时，由于吸热器212自身不能构成回路，为了防止第一供水泵1突然断电等状况的出现导致供水泵1停止工作，造成吸热器212内的液位不能维持而致使吸热器212过热而受到损坏，该系统还可以包括：缓冲组件9，如图2所示；

缓冲组件9设置在第一供水泵1的进水端与第一电动隔离阀7之间。

具体地，缓冲组件9可以为缓冲罐91，缓冲罐91的上部开设有进气口911，通过进气口911可以向缓冲罐91内填充稳压气体，其中，稳压气体可以为氮气或压缩空气，使得水可以从缓冲罐91下部开设有的进水口912中进入，由于稳压气体不溶于水，在稳压气体的作用下，缓冲罐91内部可以维持有一定液位高度的水。

而对于加热单元21的个数，可以在考虑场地大小的基础上，在确定进入发电组件3的额定蒸汽温度、额定蒸汽压力和额定蒸汽流量后，计算地热热源供水单位质量热量和发电组件3进汽的单位质量热量的差值，并考虑管道和加热单元21自身的散热损失后，最终确定加热单元21的个数。

举例来说，如图2所示，加热单元21的个数可以为四个。

对于发电组件3而言，发电组件3用于利用从吸热器212中流出的饱和蒸汽或过热蒸汽进行发电。

具体地，如图2所示，发电组件3包括汽轮机31、发电机32和凝汽器33；

其中，吸热器212与汽轮机31相连，汽轮机31与凝汽器33相连；

发电机32与汽轮机31轴连接。

如此设置，使得由吸热器212产生的饱和蒸汽或过热蒸汽可以穿过汽轮机31上的固定喷嘴(图中未显示)成为加速的蒸汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，带动发动机32做功，利用电磁感应原理将机械能转换成电能。当从汽轮机31中排出的湿蒸汽进入到凝汽器33中时，由于凝汽器33内设置有水循环管路18，如图2所示，在水循环管路18中通有低温水，湿蒸汽在凝汽器33内可以与低温水进行换热，湿蒸汽在散热降温后冷凝成水，实现了其由汽态转变为液态，便于对从汽轮机31中流出的湿蒸汽的循环利用，以节约水资源。

本领域技术人员可以理解的是，汽轮机31的蒸汽进入端的压力大于蒸汽流出端的压力，使得汽轮机31内存在压力差，蒸汽在汽轮机31内可以实现运动。

其中，凝汽器33内的热井水位与汽轮机31的进汽量有关。

举例来说，当光照充足时，进入到汽轮机31内的饱和蒸汽或过热蒸汽量大，相应地在凝汽器33中凝结的水量多，也就是说，此时的凝汽器33内的热井水位高；当光照不充足时，进入到汽轮机31内的饱和蒸汽或过热蒸汽量小，相应地在凝汽器33中凝结的水量少，也就是说，此时的凝汽器33内的热井水位低。

根据凝汽器33的额定排汽流量的热量可以确定水循环管路18中低温水的流量，而根据进入汽轮机31的额定蒸汽温度、额定蒸汽压力和额定蒸汽流量，可以确定凝汽器33的额定排汽流量。

对于凝汽器33的个数，凝汽器33的个数至少为一个，实际使用个数在本实用新型实施例中不作具体限定。

进一步地，在吸热器212与汽轮机31之间设置有进汽阀14，利用进汽阀14可以调节进入到汽轮机31内的饱和蒸汽或过热蒸汽的汽量。

对于回注泵4而言，回注泵4起到了将发电组件3中的水升压回灌到地热回水井6中的作用。

在结构设置上，一方面，回注泵4的出水端设置有第二回止阀15，以防止回注泵4抽取的水回流回发电组件3。

另一方面，回注泵4也可以为变频泵，可根据凝汽器33内的热井水位实时调节回注泵4，以控制从凝汽器33中流出的流量。

而对于回注泵4的个数，回注泵4的个数为多个，并且相邻的两个回注泵4并联连接，具体地数量应当满足设计流量和扬程需求，并留有一定裕量。

进一步地，为了便于控制回注泵4的使用状态，在凝汽器33与每个回注泵4之间设置有第五电动隔离阀16，可以控制回注泵4与凝汽器33的连通；在回注泵4与第二回止阀15之间设置有第六电动隔离阀17，如图2所示，可以控制回注泵4与地热回水井6的连通。

在实际使用过程中，可以按照以下操作步骤操作本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统：

打开第三电动隔离阀12、第四电动隔离阀13、第一回止阀11、第一电动隔离阀7、第二电动隔离阀8、进汽阀14、第五电动隔离阀16、第六电动隔离阀17、第二回止阀15和水循环管路18，使得地热热源的水被供水泵1泵入，经过供水泵1流入到每个加热单元21中，当太阳光照射到定日镜211上，定日镜211将太阳光反射到吸热器212处，利用吸热器212将太阳能转换为热能，实现对吸热器212内水的加热，可以直接得到饱和蒸汽或过热蒸汽，而饱和蒸汽或过热蒸汽从吸热器212流出，进而流入到汽轮机31中，汽轮机31带动发电机32进行发电，在发电过程中不断地有湿蒸汽从汽轮机31中流出，流出的湿蒸汽再进入到凝汽器33中利用水循环管路18的热交换作用进行冷凝，得到冷凝水，通过回注泵4从凝汽器33中增压获取冷凝水，可将冷凝水回灌到地热回水井6中。

可以理解的是，本实用新型实施例的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统适用于低温地热和光热资源丰富，场地面积充足的地区。

例如，我国西藏、青海、内蒙古地区，不仅地热资源丰富，大部分为低温地热，而且太阳能光热资源极为丰富，利用地热与太阳能耦合蒸汽发电，可以更好的满足我国西北地区人民供电需求，改变现阶段上述地区采用化石能源供电的现状。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述系统包括：供水泵(1)、太阳能加热组件(2)、发电组件(3)和回注泵(4)，其中，

所述供水泵(1)的进水端与地热供给井(5)连通；

所述太阳能加热组件(2)包括至少一个加热单元(21)，每个所述加热单元(21)包括多个定日镜(211)和吸热器(212)，所述多个定日镜(211)设置在所述吸热器(212)的环周；

所述供水泵(1)、所述吸热器(212)、所述发电组件(3)和所述回注泵(4)顺次相连；

所述回注泵(4)的出水端与地热回水井(6)连通。

2.根据权利要求1所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，每个所述加热单元(21)的进水端设置有第一电动隔离阀(7)，每个所述加热单元(21)的出水端设置有第二电动隔离阀(8)。

3.根据权利要求2所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述系统还包括：缓冲组件(9)；

所述缓冲组件(9)设置在所述供水泵(1)与所述第一电动隔离阀(7)之间。

4.根据权利要求1所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述供水泵(1)的进水端设置有过滤网(10)，所述供水泵(1)的出水端设置有第一回止阀(11)。

5.根据权利要求4所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述过滤网(10)与所供水泵(1)之间设置有第三电动隔离阀(12)，所述第一回止阀(11)与所述供水泵(1)之间设置有第四电动隔离阀(13)。

6.根据权利要求1所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述发电组件(3)包括汽轮机(31)、发电机(32)和凝汽器(33)；

所述吸热器(212)与所述汽轮机(31)相连，所述汽轮机(31)与所述凝汽器(33)相连；

所述发电机(32)与所述汽轮机(31)轴连接。

7.根据权利要求6所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述吸热器(212)与所述汽轮机(31)之间设置有进汽阀(14)。

8.根据权利要求7所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述回注泵(4)的出水端设置有第二回止阀(15)。

9.根据权利要求8所述的地热与太阳能耦合蒸汽发电系统，其特征在于，所述凝汽器(33)与所述回注泵(4)之间设置有第五电动隔离阀(16)，所述回注泵(4)与所述第二回止阀(15)之间设置有第六电动隔离阀(17)。