CN211777846U - 一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，包括：燃气轮机、太阳能收集装置以及太阳能反射镜；其中，所述燃气轮机包括空压叶轮、透平、回热器以及燃烧室，所述回热器包括外壳、中壳和内壳，所述中壳和外壳之间形成低温进气通道，所述中壳和内壳之间形成高温进气通道，所述低温进气通道的进口和出口分别与空压叶轮的出口和燃烧室的进口连通，所述高温进气通道的进口和出口分别与透平的出口和外界连通；所述太阳能收集装置包括吸热板，所述吸热板包覆在所述回热器的外壳上。本实用新型能够实现太阳能和燃气轮机的联合循环，能源利用率高于单一的太阳能发电或燃气轮机发电，实现了能源的高效利用。

Description

一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统
技术领域
本实用新型涉及能量回收及利用技术领域，尤其涉及一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统。
背景技术
太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用对于减轻目前化石能源消耗压力、环境污染压力具有重要意义。
太阳能热发电技术是将太阳能的热能转变为电能技术，太阳能聚焦主要有碟式、塔式、槽式和菲涅尔式四种方式。太阳能热发电技术的直接热发电效率较低，一般在20％左右，大量的光热转换能量没有得到利用。另外，单独的太阳能热发电系统在夜间或者阴雨天无法提供充足的能量。因此，太阳能与其他发电系统相结合的发电技术越来越受到关注，其中与燃气轮机发电系统的结合，既可以提高系统整体的发电能力和发电稳定性，而且具有较高效率。
燃气轮机发电系统具有效率高、起动快、调峰性能好、建设周期短、占地面积小，耗水少以及环境污染小等一系列优点，但是由于天然气等燃料供应问题，燃气轮机发电技术在一定程度上受到了制约。因此，在保证系统效率和功率的条件下，尽量减少燃料的消耗有利于燃气轮机发电系统的更广泛推广。此外，太阳能集热与燃气轮机发电系统结合的另一大优势是利用太阳的辐射能代替部分需要的燃料热能，从而减少燃气轮机发电系统需要的燃料量。
另外，目前的太阳能发电系统中的反射镜大多是固定安装，通过固定在某一角度的反射镜来吸收太阳光，该角度虽然是经过计算的最优角度。但是，由于反射镜固定，而太阳是转动的，就会存在太阳并不总是直射反射镜的问题，在太阳斜射反射镜时，其反射的太阳光较少，使太阳能不能被充分利用，造成能源浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，能够实现太阳能和燃气轮机的联合循环，能源利用率高于单一的太阳能发电或燃气轮机发电，实现了能源的高效利用。
本实用新型的技术方案如下：
一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，包括：燃气轮机、太阳能收集装置以及太阳能反射镜；所述燃气轮机通过固定杆固定在太阳能反射镜上方；
其中，所述燃气轮机包括空压叶轮、透平、回热器以及燃烧室，所述回热器包括外壳、中壳和内壳，所述中壳和外壳之间形成低温进气通道，所述中壳和内壳之间形成高温进气通道，所述低温进气通道的进口和出口分别与空压叶轮的出口和燃烧室的进口连通，所述高温进气通道的进口和出口分别与透平的出口和外界连通；
所述太阳能收集装置包括吸热板，所述吸热板包覆在所述回热器的外壳上，所述吸热板位于所述太阳能反射镜的反光聚点或聚焦线上。
进一步的，所述外壳、中壳和内壳由外到内相互平行设置；
所述外壳内侧设置多个翅片，各个所述翅片沿回热器长度方向设置，且所述翅片一头固定在外壳内。
进一步的，所述外壳、中壳和内壳为同轴且由外向内设置的圆筒状；
各个所述翅片呈辐状沿燃气轮机的长度方向布设在外壳内，各所述翅片沿外壳径向设置。
进一步的，所述外壳、中壳和内壳为同轴且由外向内设置的方筒状；
所述翅片沿燃气轮机的长度方向布设在外壳的各个板面内，各所述翅片垂直于外壳设置。
进一步的，所述太阳能反射镜靠近燃气轮机头部面积大、靠近燃气轮机尾部面积小。
进一步的，还包括安装台，所述太阳能反射镜通过调节装置安装于所述安装台，所述调节装置包括伸缩杆、铰链、基座、膨胀瓶以及管道；
所述安装台顶部固定多个基座，所述基座为偶数个、成对对称设置，所述基座通过铰链连接伸缩杆，所述伸缩杆连接太阳能反射镜底部；
各基座外侧位于安装台顶面固定有膨胀瓶，所述膨胀瓶通过管道连接至其对侧基座的伸缩杆上，所述膨胀瓶受热时，能够使得其对侧的伸缩杆伸出进而使该侧的太阳能反射镜抬高。
进一步的，所述伸缩杆包括顶杆、套杆，所述套杆底部通过铰链设置在基座上，所述顶杆底部套入套杆内且与套杆滑动配合，所述顶杆顶部连接太阳能反射镜底部；
所述膨胀瓶内填充膨胀液，所述膨胀瓶受热时，所述膨胀液膨胀顶起与其连接的顶杆。
进一步的，所述基座沿一圆周均匀分布，所述伸缩杆沿一对应的圆周均匀分布。
进一步的，所述基座及伸缩杆沿安装台设置为对称的两排。
进一步的，所述膨胀瓶镶嵌于所述瓶座内，所述瓶座固定安装于所述安装台。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型使用太阳能加燃气轮机联合的原理，通过将接收太阳光的吸热板包覆在燃气轮机的回热器的外壳上对工质进行加热，能够提高能源的利用效率；且通过对回热器结构的合理布局，通过空压叶轮、透平、回热器以及燃烧室的配合，能够将系统中各环节产出的热量循环利用，能量回收效率高。
2、本实用新型所提用的回热器结构能够通过低温进气通道和高温进气通道提高工质换热效率，由于翅片仅仅一头固定在外壳上、另一头无需固定密封，大大降低了回热器的制造难度。
3、本实用新型通过太阳能反射镜靠近燃气轮机头部面积大、靠近燃气轮机尾部面积小的方案能够解决由于吸热板较长而导致的从前端向后端存在温降的问题。
4、本实用新型对太阳能的整个追踪过程不消耗电能，并且追踪较为精准，能够获得更高的能源利用率。
附图说明
图1为本实用新型太阳能燃气轮机发电系统的工作原理示意图。
图2为本实用新型一种实施例的回热器侧视结构示意图。
图3为本实用新型一种实施例的回热器主视结构示意图。
图4为本实用新型另一种实施例的回热器侧视结构示意图。
图5为本实用新型另一种实施例的回热器主视结构示意图。
图6为本实用新型一种实施例的追踪太阳光的结构示意图。
图7为本实用新型一种实施例的追踪太阳光的结构俯视图。
图8为本实用新型另一种实施例的追踪太阳光的结构示意图。
图9为本实用新型另一种实施例的追踪太阳光的结构俯视图。
具体实施方式
为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所述，为本实用新型实施例提供的一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，包括燃气轮机1、太阳能反射镜2以及太阳能收集装置21。
本实用新型的燃气轮机1包括空压叶轮102、透平104、回热器101和燃烧室105。
燃气轮机1通过固定杆5固定在太阳能反射镜2上方，并使太阳能收集装置21位于太阳光反射聚点(对碟式反光镜)或聚焦线(对槽式反光镜)上。具体地，太阳能收集装置21包括设置在燃气轮机1上的吸热板211，该吸热板211包覆在回热器101外壳上，也可作为回热器101的部分或全部外壳。
作为本实用新型的一种实施方式，参见图2、3，燃气轮机的回热器101包括同轴的、由外向内的圆筒状外壳、中壳和内壳，吸热板211包覆在该外壳上，所述外壳内侧沿燃气轮机1的长度方向设置多个翅片1011，各个所述翅片1011呈辐状分布且单个翅片1011一头固定在外壳内，另一头悬置、与中壳之间存在间隙。所述中壳和外壳之间形成低温进气通道1012，翅片1011的作用是增大散热面积，吸热板211的热量可以通过外壳和翅片1011充分传递，使低温进气通道1012内的温度预升高；中壳和内壳之间形成高温进气通道1013；所述低温进气通道1012的进口和出口分别与空压叶轮102的出口和燃烧室105的进口连通，所述高温进气通道1013的进口和出口分别与透平104的出口和外界大气或者其他余热循环利用设备连通。
燃烧室105的高温气推动透平104做功后流入高温进气通道1013内，经压缩后的气体从压气机的空压叶轮102排出进入低温进气通道1012，高温气体和低温气体换热后，低温气体从低温进气通道1012进入燃烧室105燃烧，通过提高进入燃烧室105气体的温度，提高燃料的利用率。高温气体经高温进气通道1013排气，该气体可排至大气或进一步参与余热回收循环。
作为本实用新型的另一种实施方式，参见图4、5，燃气轮机回热器101包括相互平行的、由外到内的方筒状外壳、中壳和内壳，吸热板211包覆在该外壳上，各个所述翅片1011相互平行、沿回热器101长度方向设置，且单个翅片1011一头固定在外壳内。所述中壳和外壳之间形成低温进气通道1012，翅片1011的作用是增大散热面积，吸热板211的热量可以通过外壳和翅片1011充分传递，使低温进气通道1012内的温度预升高；中壳和内壳之间形成高温进气通道1013。所述低温进气通道1012的进口和出口分别与空压叶轮102的出口和燃烧室105的进口连通，所述高温进气通道1013的进口和出口分别与透平104的出口和外界大气或者其他余热循环利用设备连通。
燃烧室105的高温气推动透平104做功后流入高温进气通道1013内，经压缩后的气体从压气机的空压叶轮102排出进入低温进气通道1012，高温气体和低温气体换热后，低温气体从低温进气通道1012进入燃烧室105燃烧，高温气体经高温进气通道1013排气，该气体可排至大气或进一步参与余热回收循环。
对于本实用新型上述实施例基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统的具体工作过程为：
气体通入空压叶轮102，经压缩后进入回热器101中低温进气通道1012进口；回热器101内的气体温度为500℃-600℃；从回热器101低温进气通道1012出口中流出的气体通入燃烧室105内燃烧，燃烧后的高温气体通入透平104经透平带动电机103发电，经透平104出口的气体通入回热器101的高温进气通道1013进口，在回热器101内降温后从回热器101高温进气通道1013出口排出至外界；燃烧室105内的温度为800℃-950℃，优选地，为900度。其中，电机103为启发一体式电机，先作为电动机带动空压叶轮102旋转，待加速到能独立运行后则作为发电机发电。
进一步的，由于吸热板211较长，特别是使用槽式反光镜时，吸热板及槽式反光镜的长度可达20米，从前端向后端存在温降，因此后段需要更多的热量。为解决上述问题，本实用新型实施例中，提供有一种太阳能反射镜2的布局结构：在后段增加反射镜的面积，即太阳能反射镜2靠近燃气轮机1头部面积大、靠近燃气轮机1尾部面积小。
本实用新型的太阳能反射镜2，参见图6～9，为有固定聚点的反射镜，具体地，可选用碟式太阳能反射镜或槽式反光镜；选择碟式反光镜时，吸热板211位于反光镜的反射聚点上，选择槽式反光镜时，吸热板211位于反光镜的聚焦线上。
优选地，参见图6～9，本实用新型还包括安装台3和调节装置4。
其中，安装台3为一固定在地表或者镶嵌在地面内的平板，可选用钢板。
对于碟式反光镜，参见图6，调节装置4包括顶杆401、套杆402、铰链403、基座404、膨胀瓶405、管道406。
安装台3顶部固定多个基座404，基座404为偶数个，成对对称设置，并沿一圆周分布(优选地，参见图7，基座404沿圆周均匀分布)，基座404通过伸缩杆连接太阳能反射镜2底部，伸缩杆包括顶杆401和套杆402，顶杆401可在套杆402内滑动，套杆402底部通过铰链403设置在基座404上，顶杆401底部套入套杆402内、顶部连接在太阳能反射镜2底部(优选地，参见图7，顶杆401在太阳能反射镜2底部沿一圆周均匀分布)；各基座404外侧位于安装台3顶面固定有膨胀瓶405，膨胀瓶405内装填膨胀液(可选膨胀煤油)，通过管道406连接至其对侧的基座404上的套杆402，膨胀瓶405受热时，膨胀油膨胀，顶起对侧顶杆401，进而使太阳能反射镜2在对侧抬高，以便吸收光照强烈的一侧光线。
进一步地，当太阳光恰好垂直射向地面时，各膨胀瓶405受热程度相同，该时刻太阳能反射镜2轴心垂直于地面。各膨胀瓶405可以嵌套在瓶座407内，将瓶座407固定在安装台3上。
参见图6，在本实施例的调节装置4结构中，假设强光位于左侧，则右侧的伸缩杆长度长于左侧，太阳能反射镜2右侧高于左侧，以便接受左侧较强的光照；反之则可以接受右侧较强的光照。因此，本实用新型的发电系统在调节装置4作用下能够实现自动跟踪太阳光，以保证太阳能反射镜2始终接收较强光照的一侧。
参见图7，本实施例的调节装置4结构中，伸缩杆设置为三对，可以从三个角度调节太阳能反射镜2。伸缩杆也可以设置为一对、两对、四对、五对……等整数对。伸缩杆设置越多，可以越精准地调节太阳能反射镜2的角度。
对于槽式反光镜：参见图8、9，安装台3顶部固定多个基座404，各个基座404设置为对称的两排，其余与碟式反光镜的设置相同。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (10)

1.一种基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，包括：燃气轮机、太阳能收集装置以及太阳能反射镜；所述燃气轮机通过固定杆固定在太阳能反射镜上方；
其中，所述燃气轮机包括空压叶轮、透平、回热器以及燃烧室，所述回热器包括外壳、中壳和内壳，所述中壳和外壳之间形成低温进气通道，所述中壳和内壳之间形成高温进气通道，所述低温进气通道的进口和出口分别与空压叶轮的出口和燃烧室的进口连通，所述高温进气通道的进口和出口分别与透平的出口和外界连通；
所述太阳能收集装置包括吸热板，所述吸热板包覆在所述回热器的外壳上，所述吸热板位于所述太阳能反射镜的反光聚点或聚焦线上。
2.根据权利要求1所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述外壳、中壳和内壳由外到内相互平行设置；
所述外壳内侧设置多个翅片，各个所述翅片沿回热器长度方向设置，且所述翅片一头固定在外壳内。
3.根据权利要求2所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述外壳、中壳和内壳为同轴且由外向内设置的圆筒状；
各个所述翅片呈辐状沿燃气轮机的长度方向布设在外壳内，各所述翅片沿外壳径向设置。
4.根据权利要求2所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述外壳、中壳和内壳为同轴且由外向内设置的方筒状；
所述翅片沿燃气轮机的长度方向布设在外壳的各个板面内，各所述翅片垂直于外壳设置。
5.根据权利要求1所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述太阳能反射镜靠近燃气轮机头部面积大、靠近燃气轮机尾部面积小。
6.根据权利要求1所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，还包括安装台，所述太阳能反射镜通过调节装置安装于所述安装台，所述调节装置包括伸缩杆、铰链、基座、膨胀瓶以及管道；
所述安装台顶部固定多个基座，所述基座为偶数个、成对对称设置，所述基座通过铰链连接伸缩杆，所述伸缩杆连接太阳能反射镜底部；
各基座外侧位于安装台顶面固定有膨胀瓶，所述膨胀瓶通过管道连接至其对侧基座的伸缩杆上，所述膨胀瓶受热时，能够使得其对侧的伸缩杆伸出进而使该侧的太阳能反射镜抬高。
7.根据权利要求6所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述伸缩杆包括顶杆、套杆，所述套杆底部通过铰链设置在基座上，所述顶杆底部套入套杆内且与套杆滑动配合，所述顶杆顶部连接太阳能反射镜底部；
所述膨胀瓶内填充膨胀液，所述膨胀瓶受热时，所述膨胀液膨胀顶起与其连接的顶杆。
8.根据权利要求6所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述基座沿一圆周均匀分布，所述伸缩杆沿一对应的圆周均匀分布。
9.根据权利要求6所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述基座及伸缩杆沿安装台设置为对称的两排。
10.根据权利要求6所述的基于光热原理的太阳能燃气轮机发电系统，其特征在于，所述膨胀瓶镶嵌于所述瓶座内，所述瓶座固定安装于所述安装台。
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