RU2111422C1

RU2111422C1 - Combined solar-electric power plant

Info

Publication number: RU2111422C1
Application number: RU95104514A
Authority: RU
Inventors: Э.П. Волков; А.И. Поливода; Ф.А. Поливода
Original assignee: Энергетический научно-исследовательский институт им.Г.М.Кржижановского
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1998-05-20
Also published as: RU95104514A

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: power plant has circulating heat-transfer loops running from photo-thermal and photo-electric heat generators provided with parabolic-cylindrical mirror concentrator modules and high-temperature (preferably Ga-As) photocells with high-accuracy optical correction of power loss. Power plant incorporates high-temperature loop with solar collectors, second steam-power circuit with working medium possessing better thermodynamic properties compared with water. Power plant is equipped with positive-displacement rotary steam engine offering advantages over turbine concerning reliability and metal input. EFFECT: improved reliability, and total photothermodynamic coefficient. 9 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к гелиоустановкам и может быть использовано для выработки электроэнергии и теплоснабжения потребителя. В качестве аналога предложения принимается известная термодинамическая солнечная электрическая станция, содержащая циркуляционный контур теплопередачи, включающий теплопередающую петлю из расположенных последовательно приемников модульного зеркального параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с системой слежения за солнцем, парогенератора, пароперегревателя, циркуляционного насоса, соединенного одним своим выходом с входом теплопередающей петли приемников модульного концентратора солнечной энергии, а вторым выходом через дублирующий источник тепла соединенного с входом указанного пароперегревателя, содержащая второй паросиловой контур с пароводяным рабочим телом, состоящий из последовательно размещенных: экономайзера, паросиловых частей парогенератора и пароперегревателя, турбины с генератором электроэнергии, конденсатора с охлаждением и конденсационного насоса. The invention relates to solar installations and can be used to generate electricity and heat consumer. As an analogue of the proposal, a well-known thermodynamic solar power station is adopted, containing a heat transfer circulation circuit, including a heat transfer loop from successive receivers of a modular mirror parabolic cylinder concentrator of solar energy with a sun tracking system, a steam generator, a superheater, and a circulation pump connected to its input by a heat transfer loop receivers of a modular concentrator of solar energy, and the second you running through a backup heat source connected to the input of the specified superheater, containing a second steam-powered circuit with a steam-water working fluid, consisting of successively placed: economizer, steam-powered parts of the steam generator and superheater, turbine with an electric power generator, a condenser with cooling and a condensing pump.

Недостатком аналога является низкий не более 14% коэффициент полезного действия чисто термодинамического пароводяного цикла Ренкина преобразования солнечной энергии в электроэнергию, с чем связана большая площадь приемников энергии и соответственно высокая стоимость оборудования, длительные сроки окупаемости солнечной электростанции, большая площадь застройки со снижением эффективности землепользования. The disadvantage of the analogue is the low efficiency of purely thermodynamic steam-water Rankine cycle of converting solar energy into electricity, which is associated with a large area of energy receivers and, accordingly, high cost of equipment, long payback periods of a solar power plant, large building area with a decrease in land use efficiency.

В качестве прототипа принимается известная фототермодинамическая солнечная комбинированная электрическая станция, содержащая циркуляционные контуры теплопередачи, первый из которых включает теплопередающую петлю из расположенных последовательно приемников модульного зеркального параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с системой слежения за солнцем, парогенератора, пароперегревателя, циркуляционного насоса, соединенного одним своим выходом с входом теплопередающей петли приемников модульного концентратора солнечной энергии, а вторым выходом через дублирующий источник тепла соединенного с входом указанного пароперегревателя, содержащая второй паросиловой контур с пароводяным рабочим телом, состоящий из последовательно размещенных: экономайзера, паросиловых частей парогенератора и пароперегревателя, теплового двигателя с генератором электроэнергии, конденсатора с охлаждением и конденсатного насоса, содержащая электролизер разложения воды на водород и кислород, инвертор с аккумулятором, систему низкопотенциального теплоснабжения с циркуляционным насосом. As a prototype, a well-known photothermodynamic solar combined power plant is used containing circulating heat transfer circuits, the first of which includes a heat transfer loop from successive receivers of a modular parabolic cylindrical solar energy concentrator with a tracking system for the sun, a steam generator, a superheater, and a circulation pump connected to one of its outputs the input of the heat transfer loop of the receivers of a modular concentrator with energy, and the second exit through a backup heat source connected to the input of the specified superheater, containing a second steam-power circuit with a steam-water working fluid, consisting of sequentially placed: economizer, steam-powered parts of the steam generator and superheater, a heat engine with an electric power generator, a cooled condenser and a condensate pump containing an electrolyzer for the decomposition of water into hydrogen and oxygen, an inverter with a battery, a low-potential heat supply system with circ by the culation pump.

С помощью известной фототермодинамической электростанции не представляется возможным достигнуть выше 20% суммарный фототермодинамический коэффициент преобразования солнечной энергии при получении электроэнергии. Using the well-known photothermodynamic power plant, it is not possible to achieve above 20% of the total photothermodynamic coefficient of conversion of solar energy upon receipt of electricity.

Данный недостаток, в первую очередь, обусловлен тем, что прототипом предусмотрено применение низкотемпературных, в том числе кремниевых фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, работоспособных с КПД 10% лишь при температуре не выше 55^oC. Поэтому они располагаются на экономайзерах, которые используются, главным образом, для низкотемпературного подогрева с помощью приемников модульного зеркального параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии при коэффициенте концентрации менее 20, воды, циркулирующей в сети теплоснабжения и лишь в малой степени для подогрева конденсата, образующегося в паросиловом цикле.This disadvantage is primarily due to the fact that the prototype provides for the use of low temperature, including silicon photoelectric semiconductor converters, operable with an efficiency of 10% only at a temperature not exceeding 55 ^o C. Therefore, they are located on economizers, which are mainly used for low-temperature heating using receivers of a modular specular parabolic cylindrical solar energy concentrator with a concentration coefficient of less than 20, water circulating in the heat network osnabzheniya and only to a small extent for heating the condensate formed in the steam cycle.

В связи с этим фактором весьма незначителен вклад (менее 5%) сбросного тепла, получаемого при охлаждении низкотемпературных фотоэлементов, в выработку электроэнергии турбогенератором. In connection with this factor, the contribution (less than 5%) of waste heat obtained by cooling low-temperature solar cells to the generation of electricity by a turbogenerator is very insignificant.

Другим фактором, обуславливающим низкий термодинамический КПД прототипа, являются невыгодные термодинамические свойства применяемого рабочего тела - воды в комбинированном фототермодинамическом паросиловом цикле солнечной электростанции. Это, прежде всего, высокие критические параметры водяного пара: давление 21,8 МПа, температура 374^oC при высокой теплоте испарения 539 ккал/кг.Another factor determining the low thermodynamic efficiency of the prototype is the disadvantageous thermodynamic properties of the working fluid used - water in the combined photothermodynamic steam-power cycle of a solar power plant. First of all, these are high critical parameters of water vapor: pressure 21.8 MPa, temperature 374 ^o C with high heat of vaporization of 539 kcal / kg.

По указанным принципиальным причинам суммарный фототермодинамический коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую в прототипе может быть даже ниже 20%. For these fundamental reasons, the total photothermodynamic coefficient of conversion of solar energy into electrical energy in the prototype may even be lower than 20%.

Помимо низкого КПД, использование воды в качестве рабочего тела в паросиловом цикле, обуславливающее применение высоких температур и давлений, влечет за собой требование высокой прочности и соответственно металлоемкости оборудования при высокой стоимости, низкой надежности работы и опасности при эксплуатации прототипа. In addition to low efficiency, the use of water as a working fluid in the steam-power cycle, which stipulates the use of high temperatures and pressures, entails the requirement of high strength and, accordingly, metal consumption of the equipment at high cost, low reliability and danger during operation of the prototype.

В прототипе нерационально применение низкотемпературного экономайзера, снабженного приемниками модульного зеркально параболоцилиндрического концентратора со следящей системой. In the prototype, it is irrational to use a low-temperature economizer equipped with receivers of a modular mirror parabolic cylinder concentrator with a tracking system.

Низкотемпературный подогрев конденсата и теплофикационной воды может быть осуществлен значительно проще, надежней и дешевле с помощью неподвижных солнечных коллекторов, не требующих концентрации и систем слежения за солнцем. Low-temperature heating of condensate and heating water can be carried out much simpler, more reliable and cheaper using fixed solar collectors that do not require concentration and tracking systems for the sun.

Экологическим недостатком прототипа является выброс окислов азота в атмосферу с продуктами сгорания, дублирующим источником тепла, выполненным в виде традиционной котельной установки с горелками на газообразном топливе, сжигаемом в периоды отсутствия солнца. При сжигании газообразного топлива в горелке при температуре пламени порядка 2000^oC идет интенсивный синтез окислов азота и в атмосферу выбрасывается до 1400 см³ названных окислов на 1 м³ дымовых газов (в пересчете на NO₂), крайне токсичных для человека и животных.The environmental disadvantage of the prototype is the emission of nitrogen oxides into the atmosphere with combustion products, a duplicate heat source, made in the form of a traditional boiler plant with burners on gaseous fuel burned during periods of lack of sun. When gaseous fuels are burned in a burner at a flame temperature of about 2000 ^° C, nitrogen oxides are intensively synthesized and up to 1400 cm ^{3 of} these oxides per 1 m ^{3 of} flue gases (in terms of NO ₂ ) are extremely toxic to humans and animals.

Согласно прототипу невозможно выполнение фототермодинамических электростанций небольшой мощности, в том числе мобильных вариантов, в связи с особенностями турбины в качестве двигателя. Вместо сложной, громоздкой, металлоемкой, тяжелой и соответственно дорогой турбины целесообразно применение более легких, простых и надежных агрегатов при высоком (до 82%) термомеханическом КПД, низкой стоимости и металлоемкости. According to the prototype, it is impossible to carry out photothermodynamic power plants of low power, including mobile options, in connection with the features of the turbine as an engine. Instead of a complex, cumbersome, metal-intensive, heavy and accordingly expensive turbine, it is advisable to use lighter, simpler and more reliable units with high (up to 82%) thermomechanical efficiency, low cost and metal consumption.

В известных предложениях отсутствуют оптические корректирующие элементы, необходимые для равномерного распределения высокоинтенсивной (с коэффициентом более 100) концентрации солнечного излучения по поверхности p-n-перехода высокотемпературных, в особенности арсенид-галлиевых, фотоэлектрических преобразователей с отводом утилизируемого при охлаждении тепла. Для высокотемпературных фотоэлементов требуется исключение оптических и энергетических потерь, связанных со спецификой солнца как источника энергии, а также с оптическими погрешностями зеркальных параболоцилиндров при высоких (более 100) коэффициентах концентрации. In well-known proposals, there are no optical corrective elements necessary for the uniform distribution of high-intensity (with a coefficient of more than 100) solar radiation concentration over the p-n junction surface of high-temperature, in particular gallium arsenide, photoelectric converters with the removal of heat utilized by cooling. For high-temperature photocells, the elimination of optical and energy losses associated with the specifics of the sun as an energy source, as well as with the optical errors of specular parabolic cylinders at high (over 100) concentration ratios, is required.

Энергетический, экологический и технический результаты предлагаемого технического решения - повышение эффективности использования солнечной энергии и экологической чистоты окружающей среды при работе дублирующего источника тепла. The energy, environmental and technical results of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the use of solar energy and environmental cleanliness during operation of a duplicate heat source.

Данный технический результат достигается тем, что солнечная комбинированная электрическая станция, содержащая циркуляционные контуры теплопередачи, первый из которых включает теплопередающую петлю из расположенных последовательно приемников модульного зеркального параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с системой слежения за солнцем, парогенератора, пароперегревателя, циркуляционного насоса, соединенного одним своим выходом с входом теплопередающей петли приемников модульного концентратора солнечной энергии, а вторым выходом через дублирующий источник тепла соединенного с входом указанного пароперегревателя, содержащая второй паросиловой контур с парожидким рабочим телом, состоящий из последовательно размещенных: экономайзера, паросиловых частей парогенератора и пароперегревателя, теплового двигателя с генератором электроэнергии, конденсатора с охлаждением и конденсатного насоса, содержащая электролизер разложения воды на водород и кислород, инвертор с аккумулятором, систему низкопотенциального теплоснабжения с циркуляционным насосом, согласно изобретению снабжена второй петлей теплопередачи
первого контура, включающей высокотемпературный фотоэлектрический теплогенератор, выполненный в виде приемников модульного параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с расположенной в фокусе параболоцилиндра теплоприемной трубой с циркулирующим теплоносителем, на которой размещены высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи, теплообменник и циркуляционный насос, при этом высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи подключены к электролизеру, выходному инвертору с аккумулятором, причем выход теплоносителя из фотоэлектрического теплогенератора соединен теплопроводом второй петли теплопередачи с входом горячей части теплообменника, соединенной с выходом дублирующего источника тепла, выход теплообменника подключен через циркуляционный насос с входом фотоэлектрического теплогенератора и входом в дублирующий источник тепла, выход паросиловой части теплообменника соединен с входом парогенератора.This technical result is achieved by the fact that a solar combined power plant containing circulation heat transfer circuits, the first of which includes a heat transfer loop from successive receivers of a modular mirror parabolic cylinder concentrator of solar energy with a tracking system for the sun, a steam generator, a superheater, a circulation pump connected by one output with the input of the heat transfer loop of the receivers of a modular solar energy concentrator, and a second exit through a backup heat source connected to the input of the specified superheater, containing a second steam-power circuit with a vapor-liquid working fluid, consisting of sequentially placed: economizer, steam-powered parts of the steam generator and superheater, a heat engine with an electric power generator, a cooled condenser and a condensate pump containing an electrolyzer decomposition of water into hydrogen and oxygen, an inverter with a battery, a low-potential heat supply system with a circulation pump ohm, according to the invention is equipped with a second heat transfer loop
the first circuit, which includes a high-temperature photoelectric heat generator, made in the form of receivers of a modular parabolic cylinder concentrator of solar energy with a heat-receiving pipe with a circulating heat carrier located at the focus of the parabolic cylinder, on which high-temperature photoelectric converters, a heat exchanger and a circulation pump are placed, while the electric an inverter with a battery coolant from the photoelectric heat source heat conductor is connected a second heat transfer loop to the input of the hot part of the exchanger, connected to the output of the backup heat source, the heat exchanger outlet is connected via a circulating pump to the input of the photoelectric heat generator and the input to the backup heat source, the steam power output of the heat exchanger connected to the inlet of the steam generator.

Высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде широкозонных, предпочтительно арсенид-галлиевых, полупроводниковых фотоэлементов одно- или многокаскадных в паре с кремнием или германием. High-temperature photoelectric converters are made in the form of wide-gap, preferably gallium arsenide, semiconductor solar cells single or multi-stage paired with silicon or germanium.

Дублирующий источник тепла для выработки электроэнергии в паросиловом цикле выполнен в виде каталитического реактора, снабженного секционным теплообменником с абсорбционными теплопроводами, заполненными преимущественно жидким теплоносителем, на которые нанесено селективно-поглощающее ИК-излучение покрытие и теплопроводящие поверхности, располагаемые рядами, чередующимися со слоями губчатого катализатора и рядами трубчатых перфорированных распределителей водорода или другого газообразного топлива и рядами трубчатых распределителей воздуха или кислорода, вводимых в реактор принудительно или за счет конвекции, а теплопроводы секций соединены с переключаемыми вентилями контуров теплопередачи от приемников солнечной энергии, которые могут подключаться раздельно по мере повышения уровня солнечной радиации. The duplicating heat source for generating electricity in the steam-power cycle is made in the form of a catalytic reactor equipped with a sectional heat exchanger with absorption heat pipes, filled mainly with liquid heat carrier, onto which a coating is selectively absorbed by infrared radiation and heat-conducting surfaces arranged in rows alternating with sponge catalyst layers and rows of tubular perforated distributors of hydrogen or other gaseous fuels and rows of tubular distributors air or oxygen introduced into the reactor by force or due to convection, and the heat pipes of the sections are connected to switchable valves of the heat transfer circuits from solar energy receivers, which can be connected separately as the level of solar radiation increases.

Солнечная электростанция снабжена низкотемпературным фототермическим теплогенератором, выполненным в виде неподвижных пассивных приемников солнечной энергии без концентрации, с теплоприемными селективными панелями, имеющими каналы с циркулирующим теплоносителем, причем выход теплоносителя из каналов панелей через теплопровод подсоединен к входу третьей отдельной циркуляционной теплопередающей петли первого контура, соединенной теплопроводом с входом горячей части теплообменника, выход которого подсоединен к циркуляционному насосу, соединенному теплопроводом с входом в канал панелей пассивных фототермических преобразователей, а выход паросиловой части теплообменника соединен с входом паросиловой части теплообменника второй петли фотоэлектрического теплогенератора, при этом вход указанного теплообменника подсоединен к выходу конденсатного насоса. The solar power station is equipped with a low-temperature photothermal heat generator, made in the form of stationary passive solar energy receivers without concentration, with heat-receiving selective panels having channels with a circulating heat carrier, and the heat carrier exit from the channel channels through a heat conductor is connected to the input of a third separate heat transfer loop connected to the primary circuit connected to the first loop connected with the input of the hot part of the heat exchanger, the output of which is connected to the circulation suck, heat conductor connected to the entrance of channel panels passive photothermal converters and steam power output of the heat exchanger connected to the inlet of the steam power of the heat exchanger of the second loop photoelectric heat source, wherein the inlet of said heat exchanger connected to the output of the condensate pump.

Фотоэлектрический теплогенератор при толщине пластин высокотемпературных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей менее 50 мкм выполняют в виде линейной солнечной батареи, монтируемой на поверхности, расположенной в фокусе зеркального параболоцилиндра, металлической трубы, имеющей вдоль оси плоскую площадку, снабженную адгезивно связанной токоизолирующей пленкой толщиной не более 1/4 толщины пластинки преобразователя, также адгезивно соединенного с изолирующей пленкой и трубой, в которой циркулирует охлаждающий теплоноситель второго контура теплопередачи в паросиловой цикл, при этом фотоэлектрический теплогенератор снабжен наружной прозрачной трубой, герметично соединенной с внутренней металлической трубой, диаметр которой на 1/5 меньше наружной, а кольцевое пространство вакуумировано, причем часть оптически прозрачной стенки наружной трубы снабжена псевдоцилиндрической, оптически преломляющей поверхностью, равномерно распределяющей по плоскости p-n-перехода фотоэлектрических преобразователей пучок концентрированного солнечного излучения, отраженного зеркальными параболоцилиндрами, а обратная сторона наружной трубы снабжена выводимыми клеммами от электродов к инвертору для подсоединения к сети электроэнергии потребителя или коммутационно преобразовательной схеме. A photovoltaic heat generator with a plate thickness of high-temperature photovoltaic semiconductor converters less than 50 μm is made in the form of a linear solar battery mounted on a surface located at the focus of the mirror parabolic cylinder, a metal pipe having a flat area along the axis, equipped with an adhesive-bonded current-insulating film with a thickness of not more than 1/4 of the thickness plates of the converter, also adhesively connected to an insulating film and a pipe in which cooling heat circulates the carrier of the second heat transfer circuit into the steam-power cycle, while the photoelectric heat generator is equipped with an external transparent pipe hermetically connected to the inner metal pipe, the diameter of which is 1/5 smaller than the outer one, and the annular space is evacuated, and part of the optically transparent wall of the outer pipe is provided with a pseudocylindrical, optically refracting a surface uniformly distributing a beam of concentrated solar radiation from the plane of the pn junction of the photoelectric converters, from reflected mirror parabolic cylinders, and the reverse side of the outer pipe is equipped with output terminals from the electrodes to the inverter for connecting to the consumer’s electric power network or switching-converter circuit.

Высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи с толщиной более 50 мкм монтируются внутри прозрачной трубы, которая заполнена циркулирующим оптически прозрачным, химически нейтральным, жидким теплоносителем, при этом плоскость p-n-перехода располагается в иммерсионном фокусе, образованном концентрированным световым излучением и преломляющим элементом, образованным поверхностью прозрачной трубы, заполненной оптически прозрачным теплоносителем контура теплопередачи в паросиловой цикл, причем фотоэлектрический теплогенератор снабжен наружной вакуумированной прозрачной трубой по п. 5, через которую аналогично выведены проводники от электродов преобразователей. High-temperature photoelectric converters with a thickness of more than 50 μm are mounted inside a transparent pipe that is filled with a circulating optically transparent, chemically neutral, liquid heat carrier, while the pn junction plane is located in the immersion focus formed by concentrated light radiation and the refractive element formed by the surface of the transparent pipe filled optically transparent coolant heat transfer circuit in the steam-power cycle, and the photoelectric heat generator p is provided with an evacuated outer transparent tube according to claim. 5 through which conductors are similarly derived from the transducers electrodes.

В оптически прозрачном теплоносителе располагают оптически прозрачные или отражающие пластины, создающие турбулентность потока теплоносителя, а также располагают оптические среды с коэффициентом преломления, отличающимся от такового для теплоносителя. Optically transparent or reflecting plates are arranged in the optically transparent coolant, which create turbulence in the coolant flow, and optical media with a refractive index different from that for the coolant are also located.

В качестве рабочего тела в паросиловом цикле применяется органическое или неорганическое вещество с более низким, чем у воды, критическим давлением, температурой и теплотой парообразования. An organic or inorganic substance with a lower critical pressure, temperature and heat of vaporization is used as a working fluid in the steam-power cycle.

Тепловой двигатель выполнен в виде объемной паровой машины, в особенности роторной одно- или многоступенчатой, приводящей в действие электрогенератор с отбором пара между ступенями для регенеративного теплообмена или теплофикации, причем объемная паровая машина может быть выполнена в виде винтового двухвального или трехвального, одно- или многоступенчатого турбодетандера с профилями роторов, предпочтительно типа "Лисхольм", при этом вход машины соединен с парогенератором, а выход с конденсатором. The heat engine is made in the form of a volumetric steam engine, in particular a single or multi-stage rotary engine that drives an electric generator with steam extraction between the steps for regenerative heat transfer or heating, and the volumetric steam engine can be made in the form of a twin-shaft or three-shaft screw, single or multi-stage a turboexpander with rotor profiles, preferably of the Lysholm type, with the input of the machine connected to the steam generator and the output to the condenser.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой комбинированной солнечной электростанции; фиг. 2 -теплофотоэлектрический генератор в двух вариантах его узлов:
I - узел металлической трубы первого варианта с наружной прозрачной трубой в поперечном сечении в уменьшенном масштабе,
II - то же, продольное сечение с частично снятой наружной прозрачной трубой, вид со стороны линейной солнечной батареи,
III - узел высокотемпературных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей в поперечном сечении в увеличенном масштабе,
IV - узел токоизолирующей пленки в увеличенном масштабе,
V - узел фрекелевской корректирующей поверхности,
VI - узел прозрачной трубы второго варианта с наружной прозрачной трубой по первому варианту в поперечном сечении.In FIG. 1 shows a diagram of a proposed combined solar power plant; FIG. 2 - thermal photovoltaic generator in two versions of its nodes:
I - the node of the metal pipe of the first embodiment with an outer transparent pipe in cross section in a reduced scale,
II - same, longitudinal section with partially removed outer transparent pipe, view from the side of the linear solar battery,
III - site high-temperature photovoltaic semiconductor converters in cross section in an enlarged scale,
IV - node insulating film on an enlarged scale,
V is the node of the Frekel correction surface,
VI - the node of the transparent pipe of the second embodiment with an outer transparent pipe of the first embodiment in cross section.

На фиг. 3 показана энергетическая диаграмма комбинированной солнечной электростанции с арсенид-галлиевыми фотоэлектрическими преобразователями. In FIG. 3 shows an energy diagram of a combined solar power plant with gallium arsenide photoelectric converters.

Солнечная комбинированная электростанция также, как и прототип, содержит жидкостные циркуляционные контуры, первый из которых снабжен первой теплопередающей петлей 1 из расположенных последовательно приемников 2 модульного зеркального параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с системой слежения за солнцем, пароперегреватель 3, парогенератор 4, циркуляционный насос 5 с вторым входом через дублирующий источник тепла 6, вводами 7 и 8 водорода или газа. The solar combined power plant, like the prototype, contains liquid circulation circuits, the first of which is equipped with a first heat transfer loop 1 from successive receivers 2 of a modular parabolic cylinder solar energy concentrator with a sun tracking system, a superheater 3, a steam generator 4, a circulation pump 5 with a second entrance through a backup heat source 6, inputs 7 and 8 of hydrogen or gas.

Предлагаемая комбинированная солнечная электростанция снабжена второй петлей 9 первого контура с высокотемпературным фотоэлектрическим теплогенератором, выполненным в виде приемников 2 модульного параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии, включающего расположенную в фокусе F параболоцилиндра теплоприемную трубу 10 с циркулирующим теплоносителем, на которой размещены высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи 11, в том числе арсенид-галлиевые, которые подключены электроцепью 12 к электролизеру 13 с газгольдером, выходному инвертору 14 с аккумулятором, причем выход теплоносителя из фотоэлектрического теплогенератора подсоединен к входу второй циркуляционной теплопередающей петли 9 первого контура, соединенной теплопроводом с входом горячей части теплообменника 15, выход которого подсоединен к циркуляционному насосу 16, соединенному теплопроводом с входом фотоэлектрического теплогенератора, а выход паросиловой части теплообменника 15 соединен с входом парогенератора 4. The proposed combined solar power plant is equipped with a second loop 9 of the first circuit with a high-temperature photoelectric heat generator, made in the form of receivers 2 of a modular parabolic cylinder concentrator of solar energy, including a heat-receiving pipe 10 located in the focus F of the parabolic cylinder, with a circulating heat-transfer medium, on which high-temperature photoelectric converters 11 are placed, gallium arsenide, which are connected by an electric circuit 12 to the electrolyzer 13 with gas In other words, the output inverter 14 with a battery, the output of the coolant from the photoelectric heat generator connected to the input of the second circulation heat transfer loop 9 of the first circuit connected by a heat conductor to the input of the hot part of the heat exchanger 15, the output of which is connected to the circulation pump 16, connected by a heat conductor to the input of the photoelectric heat generator, and the output of the steam power part of the heat exchanger 15 is connected to the input of the steam generator 4.

Низкотемпературный фототермический теплогенератор 17, выполнен в виде неподвижных пассивных приемников солнечной энергии без концентрации с теплоприемными селективными панелями, имеющими каналы с циркулирующим теплоносителем, причем выход теплоносителя из каналов панелей через теплопровод подсоединен к входу третьей отдельной конвективно циркуляционной теплопередающей петли 18 первого контура, соединенной теплопроводом с входом горячей части теплообменника 19, выход которого соединен теплопроводом с входом в канал панелей пассивных фототермических преобразователей 17, а выход паросиловой части теплообменника 19 соединен с входом паросиловой части теплообменника 15 второй петли фотоэлектрического теплогенератора, при этом вход указанного теплообменника 19 подсоединен к выходу конденсатного насоса 20. При невозможности конвективной циркуляции устанавливается самостоятельный циркуляционный насос аналогично второй петле. The low-temperature photothermal heat generator 17 is made in the form of stationary passive solar energy receivers without concentration with selective heat-receiving panels having circulating coolant channels, and the heat carrier exit from the panel channels through a heat conductor connected to the input of the third separate convective circulation heat transfer loop 18 of the first circuit connected to the heat conductor the input of the hot part of the heat exchanger 19, the output of which is connected by a heat conductor to the entrance to the passive panel channel x photothermal converters 17 and steam power output of the heat exchanger 19 is connected to the input of the steam power of the heat exchanger 15 of the second loop photoelectric heat source, wherein the inlet of said heat exchanger 19 is connected to the output of the condensate pump 20. When it is impossible convection circulation is established independent circulation pump similarly to the second loop.

Дублирующий источник тепла 6 для выработки электроэнергии в паросиловом цикле выполнен в виде каталитического реактора, снабженного секционным теплообменником 21 с абсорбционными теплопроводами 22, заполненными преимущественно жидким теплоносителем, на которые нанесено селективно-поглощающее ИК-излучение покрытие и теплопроводящие поверхности, располагаемые рядами, чередующимися со слоями губчатого катализатора и рядами трубчатых перфорированных распределителей 23 водорода или другого газообразного топлива с распределителями воздуха или кислорода, вводимых в реактор принудительно или за счет конвекции, причем теплопроводы секций соединены с переключаемыми вентилями 24 петель теплопередачи 1, 9 и 18 от приемников солнечной энергии 1, 2, 10, 11 и 17, которые могут подключаться раздельно по мере изменения уровня солнечной радиации. The duplicating heat source 6 for generating electricity in the steam-power cycle is made in the form of a catalytic reactor equipped with a sectional heat exchanger 21 with absorption heat pipes 22, filled mainly with liquid heat carrier, onto which a coating is selectively absorbed by infrared radiation and heat-conducting surfaces arranged in rows alternating with layers sponge catalyst and rows of tubular perforated distributors 23 of hydrogen or other gaseous fuels with air distributors ear or oxygen introduced into the reactor by force or due to convection, and the heat pipes of the sections are connected to switchable valves 24 of the heat transfer loops 1, 9 and 18 from the solar energy receivers 1, 2, 10, 11 and 17, which can be connected separately as the level changes solar radiation.

Второй паросиловой контур 25 в качестве рабочего тела в паросиловом цикле содержит органическое или неорганическое вещество с более низким, чем у воды критическим давлением, температурой и теплотой парообразования. The second steam-power circuit 25 as a working fluid in the steam-power cycle contains an organic or inorganic substance with a lower critical pressure, temperature and heat of vaporization than that of water.

Получение электроэнергии в паросиловом цикле осуществляется посредством объемной паровой машины 26, в особенности роторной одно- или многоступенчатой, приводящей в действие электрогенератор 28 с отбором пара 27 между ступенями для регенеративного теплообмена или теплофикации, причем объемная паровая машина может быть выполнена в виде винтового двухвального или трехвального одно- или многоступенчатого турбодетандера с профилями роторов типа "Лисхольм", при этом вход машины 26 соединен с парогенератором 3, а выход - с конденсатором 29, имеющим систему охлаждения 30. Электрогенератор 28 подключен к входу инвертора 14, с выхода которого электроэнергия подается в сети потребителя. Electricity is generated in the steam-power cycle by means of a volumetric steam engine 26, in particular a single or multi-stage rotary one, which drives an electric generator 28 with steam selection 27 between the steps for regenerative heat exchange or heating, and the volumetric steam machine can be made in the form of a twin-shaft or three-shaft screw a single or multi-stage turboexpander with Liskholm type rotor profiles, the input of the machine 26 being connected to a steam generator 3, and the output to a condenser 29 having m cooling system 30. The generator 28 is connected to the input of the inverter 14, from the output of which electricity is supplied to the consumer's network.

В первом варианте фотоэлектрические теплогенераторы 2, 10, 11 при толщине пластин высокотемпературных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей 11 менее 50 мкм выполняют в виде линейной солнечной батареи, монтируемой на поверхности, расположенной в фокусе зеркального параболоцилиндра 2 металлической трубы 10 (узлы I, II, III, IV), имеющей вдоль оси плоскую площадку, снабженную адгезивно связанной токоизолирующей пленкой 32 (узел IV) толщиной не более 1/4 толщины пластинки преобразователя, также адгезионно соединенного с изолирующей пленкой 32 и трубой 10, в которой циркулирует охлаждающий теплоноситель 2 контура теплопередачи в паросиловой цикл, при этом фотоэлектрический теплогенератор снабжен наружной прозрачной трубой 33, герметично соединенной с внутренней металлической трубой 10, диаметр которой на 1/5 меньше наружной, а кольцевое пространство вакуумировано, причем часть оптически прозрачной стенки наружной трубы 38 снабжена асферической или псевдоцилиндрической 34 или френелевской 35 (узел V) оптически преломляющей поверхностью, равномерно распределяющей по плоскости p-n-перехода 36 фотоэлектрических преобразователей 11 пучок концентрированного солнечного излучения, отраженного зеркальными параболоцилиндрами 2, а обратная сторона наружной трубы снабжена выводными клеммами от электродов 37 к преобразователям 14 для подсоединения к сети электроэнергии потребителя или коммутационно преобразовательной схеме. In the first embodiment, photovoltaic heat generators 2, 10, 11 with a plate thickness of high-temperature photovoltaic semiconductor converters 11 less than 50 μm are made in the form of a linear solar battery mounted on a surface located at the focus of the mirror parabolic cylinder 2 of a metal pipe 10 (nodes I, II, III, IV ), having a flat platform along the axis, equipped with an adhesive-bonded current-insulating film 32 (node IV) with a thickness of not more than 1/4 of the thickness of the transducer plate, also adhesively bonded to the insulating film oh 32 and a pipe 10, in which the cooling fluid 2 of the heat transfer circuit is circulated in the steam-power cycle, while the photoelectric heat generator is equipped with an outer transparent pipe 33, hermetically connected to the inner metal pipe 10, the diameter of which is 1/5 smaller than the outer one, and the annular space is evacuated, moreover, part of the optically transparent wall of the outer pipe 38 is provided with an aspherical or pseudocylindrical 34 or Fresnel 35 (node V) optically refractive surface uniformly distributing along the p plane -n-junction 36 of the photoelectric converters 11 a beam of concentrated solar radiation reflected by mirror parabolic cylinders 2, and the reverse side of the outer tube is provided with output terminals from the electrodes 37 to the converters 14 for connecting to the consumer’s electric power network or switching converter circuit.

Во втором варианте фотоэлектрического теплогенератора высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи 11 толщиной более 50 мкм монтируются внутри прозрачной трубы 38 (узел VI), которая заполнена циркулирующим, оптически прозрачным химически нейтральным, жидким теплоносителем, при этом плоскость p-n-перехода 36 располагается в иммерсионном фокусе 39, образованном концентрированным световым излучением и преломляющим элементом 34 или 35, образованным поверхностью прозрачной трубы 38, заполненной оптически прозрачным теплоносителем второй петли 9 контура теплопередачи во второй паросиловой контур 25, причем фотоэлектрический теплогенератор снабжен наружной вакуумированной прозрачной трубой 33 по п. 5, через которую аналогично выведены проводники от электродов 37 к преобразователю 13. In the second version of the photovoltaic heat generator, high-temperature photovoltaic converters 11 with a thickness of more than 50 μm are mounted inside the transparent pipe 38 (node VI), which is filled with a circulating, optically transparent chemically neutral, liquid coolant, while the pn junction plane 36 is located in the immersion focus 39 formed by concentrated light radiation and a refractive element 34 or 35 formed by the surface of the transparent pipe 38 filled with an optically transparent coolant second 9 th loop heat transfer loop to the second steam power circuit 25, the photoelectric heat generator provided with an external evacuated transparent tube according to claim 33. 5, through which the conductors are derived analogously from the electrodes 37 to the transducer 13.

В оптически прозрачном теплоносителе располагают оптически прозрачные или непрозрачные, или отражающие пластины 40, создающие турбулентность потока теплоносителя, а также располагают оптические среды 41 с коэффициентом преломления, отличающимся от такового для теплоносителя. Optically transparent or opaque or reflecting plates 40 are arranged in the optically transparent coolant, which create turbulence of the coolant flow, and optical media 41 with a refractive index different from that for the coolant are also arranged.

Солнечная комбинированная электростанция работает следующим образом. Solar combined power plant operates as follows.

В теплоприемной трубе последовательно расположенных приемников 2, первой теплопередающей петли 1 параболоцилиндрических модулей происходит нагрев теплопередающей жидкости под действием концентрированного солнечного излучения E_S. Теплопередающая жидкость (масло или полиметилсилонеоновая жидкость типа ПМС-10) характеризуется такими же свойствами, что она не кипит при температурах, до которых ее нагревают (т.е. 400 - 500^oC), и не затвердевает при температуре окружающей среды, т. е. в периоды, когда станция не работает. Нагретая теплопередающая среда направляется к пароперегревателю 3 (теплообменнику), передающему тепло этой жидкости, образовавшееся в парогенераторе 4, пару во втором паросиловом контуре 25, доводя начальные параметры пара по давлению и температуре в паросиловых частях указанных теплообменников 3 и 4, необходимых для работы объемной роторной паровой машины 26. В качестве рабочего тела применяется органическое или неорганическое вещество с более низким, чем у воды, критическим давлением, температурой и теплотой парообразования, например: нормальный бутан C₄H₁₀ или, предпочтительно, пентафтортрихлорпропан (C₃Cl₃F₅) с температурами: плавления - 80^oC, кипения +74^oC и критической 232^oC, при критическом давлении 30,4 кг/см² и теплоте парообразования 60 - 30 ккал/кг (в зависимости от давления). Для поддержания параметров перегретого пара на одном уровне при переменном количестве поступающей от солнца энергии в течение дня или вообще при ее отсутствии производится дополнительный нагрев теплопередающей жидкости в дублирующем источнике тепла 6, работающем на электролитическом водороде (ввод 7) или газообразном топливе (ввод 8). Жидкость после дублирующего источника тепла 6 также, как и системы приемников 1 модульного концентратора 2, подводится к пароперегревателю 3 и парогенератору 4 и далее насосом 5 направляется к системе приемников 2 и/или к дублирующему источнику тепла 6. Во втором паросиловом контуре 25 сработавший в роторной объемной паровой машине 26 пар поступает в конденсатор 29.In the heat-receiving pipe of successively arranged receivers 2, of the first heat transfer loop 1 of the parabolic cylinders, the heat transfer fluid is heated by concentrated solar radiation E _S. The heat transfer fluid (oil or polymethylsiloneone type PMS-10) is characterized by the same properties that it does not boil at the temperatures to which it is heated (i.e. 400 - 500 ^o C), and does not harden at ambient temperature, t. e. during periods when the station is down. The heated heat transfer medium is sent to the superheater 3 (heat exchanger), which transfers the heat of this liquid generated in the steam generator 4, the steam in the second steam power circuit 25, bringing the initial parameters of the steam in pressure and temperature in the steam power parts of these heat exchangers 3 and 4, necessary for the operation of the volumetric rotary steam engine 26. An organic or inorganic substance with a lower critical pressure, temperature and heat of vaporization, such as: n rmalny butane C ₄ H _10, or preferably pentaftortrihlorpropan (C ₃ Cl ₃ F ₅₎ with temperatures: Melting - 80 ^o C, the boiling +74 ^o C and the critical 232 ^o C, at the critical pressure 30.4 kg / cm ² and the heat of vaporization 60 - 30 kcal / kg (depending on pressure). To maintain the parameters of superheated steam at the same level with a variable amount of energy coming from the sun during the day or even in the absence of it, additional heat is transferred to the heat transfer fluid in a backup heat source 6 operating on electrolytic hydrogen (input 7) or gaseous fuel (input 8). The liquid after the backup heat source 6, as well as the receiver system 1 of the modular concentrator 2, is supplied to the superheater 3 and the steam generator 4, and then pump 5 is directed to the receiver system 2 and / or to the backup heat source 6. In the second steam-powered circuit 25, it worked in the rotor volumetric steam engine 26 pairs enters the capacitor 29.

Установленный на валу машины 26 генератор 28 вырабатывает электрическую энергию, а конденсатор 29 имеет систему охлаждения 30. В конденсаторе 29 пар конденсируется и жидкость конденсатным насосом 20 направляется на вход паросиловой части теплообменника 19 3-ей петли 18 низкотемпературного фототермического теплогенератора 17, а с паросилового выхода теплообменника 19 на вход теплообменника 15 второй петли фотоэлектрического теплогенератора 2, 11, 10 и далее - на вход парогенератора 4. The generator 28 mounted on the shaft of the machine 26 generates electrical energy, and the condenser 29 has a cooling system 30. Steam is condensed in the condenser 29 and the liquid is sent by the condensate pump 20 to the input of the steam-powered part of the heat exchanger 19 of the 3rd loop 18 of the low-temperature photothermal heat generator 17, and from the steam-powered output heat exchanger 19 to the input of the heat exchanger 15 of the second loop of the photoelectric heat generator 2, 11, 10 and then to the input of the steam generator 4.

В низкотемпературном фототермическом теплогенераторе 17 третьей циркуляционной теплопередающей петли 18 первого контура происходит нагрев теплопередающей жидкости, которая посредством конвекции циркуляционного насоса подается в теплообменник 19 и осуществляет первую ступень подогрева конденсата нагнетаемого конденсатным насосом 20, который далее с выхода теплообменника 19 поступает на вход теплообменника 15. Из циркуляционной петли 18 возможен отбор теплоносителя в систему теплоснабжения. В высокотемпературном фотоэлектрическом теплогенераторе 2, 10, 11 второй циркуляционной петли 9 первого контура происходит нагрев теплопередающей жидкости, которая посредством циркуляционного насоса 16 подается в теплообменник 15 и за счет утилизации сбросного тепла фотоэлектрических преобразователей 11 осуществляет вторую ступень подогрева конденсата, нагнетаемого конденсатным насосом 20, который далее с выхода теплообменника 15 поступает на вход парогенератора 4. Нагреваемая в высокотемпературном фотоэлектрическом теплогенераторе 2, 10, 11 жидкость выполняет роль охладителя высокотемпературных фотоэлектрических преобразователей 11, в том числе арсенид-галлиевых, монтируемых в виде линейной солнечной батареи 31 на поверхности металлической 10 или внутри прозрачной трубы 38. Соединенные между собой электрической цепью 12 высокотемпературные фотоэлектрические преобразователи при избытке солнечной энергии в период полудня питают электролизер 13, который нагнетает водород в газгольдер, инвертор 14 с электроаккумуляторами, которые в этот период заряжаются. Инвертор 14 подключен к циркуляционным насосам всех трех циркуляционных петель 1, 9, 18 первого контура, к конденсатному насосу 20 и насосу системы охлаждения 30. В инверторе 14 электроэнергия, вырабатываемая электрогенератором 28 и фотоэлектрическим теплогенератором 2, 10, 11, суммируется и подается сетям потребителя. In the low-temperature photothermal heat generator 17 of the third circulation heat transfer loop 18 of the first circuit, the heat transfer fluid is heated, which is supplied by convection of the circulation pump to the heat exchanger 19 and carries out the first stage of heating of the condensate pumped by the condensate pump 20, which then enters the input of the heat exchanger 15. From the output of the heat exchanger 19. circulation loop 18, the selection of the coolant in the heat supply system. In the high-temperature photoelectric heat generator 2, 10, 11 of the second circulation loop 9 of the first circuit, the heat transfer fluid is heated, which is supplied through the circulation pump 16 to the heat exchanger 15 and, by utilizing the waste heat of the photoelectric converters 11, carries out the second stage of heating of the condensate pumped by the condensate pump 20, which then from the output of the heat exchanger 15 it enters the input of the steam generator 4. Heated in a high-temperature photoelectric heat generator 2, 10, 11, the liquid acts as a cooler for high-temperature photovoltaic converters 11, including gallium arsenide mounted in the form of a linear solar battery 31 on the surface of a metal 10 or inside a transparent tube 38. High-temperature photovoltaic converters connected to each other by an electric circuit 12 with an excess of solar energy in the afternoon they feed an electrolytic cell 13, which pumps hydrogen into a gas holder, an inverter 14 with electric accumulators, which are charged during this period. The inverter 14 is connected to the circulation pumps of all three circulation loops 1, 9, 18 of the primary circuit, to the condensate pump 20 and the pump of the cooling system 30. In the inverter 14, the electricity generated by the electric generator 28 and the photoelectric heat generator 2, 10, 11 is summed up and supplied to consumer networks .

В первом варианте фотоэлектрического теплогенератора 2, 10, 11 сбросная тепловая энергия, сопровождающая фотоэлектрический процесс, происходящий на p-n-переходе 36 фотоэлектрического преобразователя 11 толщиной менее 50 мкм, через толщу пластины, в том числе кристаллической арсенид-галлиевой, тыльный электрод, токоизолирующую пленку 32 и стенку металлической трубы 10 поступает к циркулирующей теплопередающей жидкости и далее через теплообменник утилизируется во втором паросиловом контуре 24 через теплообменник 15. При прохождении тепла через указанные элементы происходит некоторое снижение начальной температуры на p-n-переходе, например, с 110 до 105^oC в циркулирующей жидкости.In the first embodiment of the photoelectric heat generator 2, 10, 11, the waste heat energy accompanying the photoelectric process occurring at the pn junction 36 of the photoelectric converter 11 with a thickness of less than 50 μm through the thickness of the plate, including crystalline gallium arsenide, the back electrode, and the current-insulating film 32 and the wall of the metal pipe 10 enters the circulating heat transfer fluid and is then utilized through the heat exchanger in the second steam-power circuit 24 through the heat exchanger 15. When heat passes through those indicated elements, there is some reduction in primary temperature at the pn-junction, e.g., from 110 to 105 ^o C in the circulating liquid.

Вакуумированное кольцевое пространство между металлической трубой 10 с расположенной на ней линейной солнечной батареей 31 и наружной прозрачной трубой 37 сводит к минимуму молекулярно-кинетическую теплопередачу в окружающую атмосферу. Асферическая или псевдоцилиндрическая преломляющая поверхность 34, выполненная, например, в виде отрицательной цилиндрической линзы части оптически наружной прозрачной трубы 33, осуществляет равномерное распределение концентрированных солнечных лучей и устранение максимума излучения в центре линейной площадки p-n-перехода, связанного с особенностью солнца, как источника излучения (диск), а также с цилиндрическими астигматизмами зеркал. The evacuated annular space between the metal tube 10 with the linear solar battery 31 located on it and the outer transparent tube 37 minimizes molecular kinetic heat transfer to the surrounding atmosphere. An aspherical or pseudo-cylindrical refractive surface 34, made, for example, in the form of a negative cylindrical lens of a part of an optically external transparent tube 33, uniformly distributes concentrated sunlight and eliminates the radiation maximum at the center of the linear site of the pn junction associated with the peculiarity of the sun as a radiation source ( disk), as well as with cylindrical astigmatisms of mirrors.

Указанная оптическая поверхность 34 может быть вынесена и отдалена от трубы 10. Оптически преломляющая поверхность может быть также выполнена в виде отрицательной или положительной цилиндрической линзы Френеля 35, которая имеет профиль из призматических бороздок вдоль оси трубы, обеспечивающий равномерное распределение концентрированного излучения на поверхности p-n-перехода. The specified optical surface 34 can be removed and distant from the pipe 10. The optically refracting surface can also be made in the form of a negative or positive cylindrical Fresnel lens 35, which has a profile of prismatic grooves along the axis of the pipe, providing a uniform distribution of concentrated radiation on the surface of the pn junction .

Во втором варианте при толщине пластин высокотемпературных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей 1 более 50 мкм сбросная тепловая энергия, сопровождающая фотоэлектрический процесс, происходящий на p-n-переходе 36, в том числе арсенид-галлиевого фотоэлектрического преобразователя, непосредственно с его поверхности поступает к циркулирующей оптически прозрачной электрически-нейтральной теплопередающей жидкости и далее аналогично первому варианту. Оптически прозрачные или непрозрачные или отражающие пластины 40 располагают таким образом, чтобы у поверхности p-n-перехода создавалась турбулентность потока теплоносителя для минимального температурного перепада, например, не более 1,5^oC при плотности излучения 10 Вт/см².In the second embodiment, when the plate thickness of the high-temperature photoelectric semiconductor converters 1 is more than 50 μm, the waste heat energy accompanying the photoelectric process occurring at the pn junction 36, including the gallium arsenide photoelectric converter, directly from its surface passes to the circulating optically transparent electrically neutral heat transfer fluid and further similar to the first embodiment. Optically transparent or opaque or reflective plates 40 are positioned so that turbulence of the coolant flow is created at the surface of the pn junction for a minimum temperature drop, for example, not more than 1.5 ^o C at a radiation density of 10 W / cm ² .

При необходимости дополнительной оптической коррекции внутри прозрачной трубы 38 перед p-n-переходом располагаются оптические среды 41, например стеклянный стержень, с коэффициентом преломления выше, чем у оптически прозрачного теплоносителя. В зависимости от электрической мощности комбинированной солнечной электростанции линейные солнечные батареи 31 фотоэлектрических теплогенераторов могут соединяться параллельно или последовательно для подключения к электролизеру 13 с газгольдером и инвертору 14. В периоды отсутствия солнца запасенное электролитическое водородное топливо из электролизера 13 подается на ввод 7 и сжигается в дублирующем источнике тепла 6 при температуре не выше 520^oC с обеспечением полной экологической чистоты процесса получения электроэнергии в отсутствии солнца. В дублирующем источнике тепла 6 низкотемпературная секция теплообменника 21, расположенная на его выходе, и утилизирует тепло уходящих газов. Объединение термодинамического процесса, включающего цикл получения электроэнергии, с фотоэлектрическим процессом прямого преобразования и получения электроэнергии за счет утилизации высокотемпературной сбросной тепловой энергии, отводимой от фотоэлектрических высокотемпературных, в особенности арсенид-галлиевых, полупроводниковых преобразователей 11 при их охлаждении, через второй отдельный среднетемпературный циркуляционный контур с петлей 9 теплопередачи для второй ступени подогрева жидкости и получения пара в качестве рабочего тепла в паросиловом цикле Ренкина или других при выработке электроэнергии посредством объемной роторной паровой машины 26 с электрогенератором 28 позволяет значительно повысить (до 40%) КПД преобразователя солнечной энергии в электроэнергию в сравнении с прототипом и соответственно снизить площадь приемников 2 и 17, снизить тепловое загрязнение окружающей среды из системы охлаждения 30.If necessary, additional optical correction inside the transparent pipe 38 before the pn junction are optical media 41, for example a glass rod, with a refractive index higher than that of an optically transparent coolant. Depending on the electric power of the combined solar power plant, the linear solar batteries 31 of the photovoltaic heat generators can be connected in parallel or in series for connecting to the electrolyzer 13 with a gas holder and inverter 14. During periods of no sun, stored electrolytic hydrogen fuel from the electrolyzer 13 is fed to input 7 and burned in a backup source 6 heat at a temperature not higher than 520 ^o C with full environmental purity process of producing electricity in the absence of and sun. In the backup heat source 6, the low-temperature section of the heat exchanger 21 located at its outlet, and utilizes the heat of the exhaust gases. Combining a thermodynamic process, including a cycle of generating electricity, with a direct-conversion photoelectric process and generating electricity by utilizing high-temperature waste heat energy removed from high-temperature photoelectric, in particular gallium arsenide, semiconductor converters 11 when they are cooled, through a second separate medium-temperature circulation circuit with heat transfer loop 9 for the second stage of heating the liquid and receiving steam as work its heat in the Rankine steam cycle or others when generating electricity by means of a volumetric rotary steam engine 26 with an electric generator 28 can significantly increase (up to 40%) the efficiency of the converter of solar energy into electricity in comparison with the prototype and, accordingly, reduce the area of receivers 2 and 17, reduce thermal pollution environment from the cooling system 30.

Дополнительное введение низкопотенциально-температурной тепловой энергии от пассивных фототермических преобразователей-теплогенераторов 17 без концентрации излучения солнца и без применения зеркальных параболоцилиндров для подогрева конденсата, образующегося при конденсации пара в паросиловом цикле, в качестве первой ступени повышения теплосодержания испаряемой жидкости до ее подогрева и испарения сбросным теплом фотоэлектрических преобразователей позволяет резко снизить материалоемкость и стоимость строительства комбинированной солнечной электростанции. Применение каталитического процесса сжигания топлива в дублирующем источнике тепла 6 позволяет в 100 и более раз снизить выброс окислов азота NO₂ в атмосферу, с соответствующим повышением экологической чистоты в сравнении с прототипом.The additional introduction of low-potential thermal energy from passive photothermal transducers-heat generators 17 without concentration of solar radiation and without the use of mirror parabolic cylinders for heating the condensate generated during steam condensation in the steam-power cycle, as the first step in increasing the heat content of the vaporized liquid before it is heated and evaporated with waste heat photoelectric converters can dramatically reduce the consumption of materials and the cost of construction of combinations constant solar power. The use of the catalytic process of burning fuel in a duplicate heat source 6 allows 100 or more times to reduce the emission of nitrogen oxides NO ₂ into the atmosphere, with a corresponding increase in environmental purity in comparison with the prototype.

Применение трех самостоятельных циркуляционных петель теплопередачи 1, 9, 18 позволяет резко повысить надежность работы комбинированной солнечной электростанции в случае отказа элементов в одной или двух из них. The use of three independent circulation heat transfer loops 1, 9, 18 can dramatically increase the reliability of the combined solar power plant in case of failure of the elements in one or two of them.

Пример выполнения комбинированной солнечной электростанции. An example of a combined solar power plant.

Арсенид-галлиевая солнечная фототермодинамическая электростанция (СФТЭС) мощностью 1 МВт включает 20 зеркальных модулей параболоцилиндрических приемников, снабженных одноосными системами ориентации площадью по 150 м² с коэффициентами концентрации 100, отражения 0,9, поглощения 0,9. Первая петля высокотемпературных фототермических теплогенераторов (ВТГ) включает 4 модуля общей площадью 600 м², вторая среднетемпературная петля включает 16 фотоэлектрических теплогенераторов (ФЭТГ) общей площадью 2400 м² и третья низкотемпературная петля - 320 шт. неподвижных солнечных коллекторов (СК) общей площадью 510 м². Общая площадь приема солнечной энергии 3510 м². Суммарная площадь высокотемпературных арсенид-галлиевых фотоэлектрических преобразователей 26,2 м². Рабочее тело в паросиловом цикле - нормальный бутан C₄H₁₀ (см. таблицу 1).A gallium arsenide-solar photothermodynamic power plant (SFTES) with a capacity of 1 MW includes 20 mirror modules of parabolic cylindrical receivers equipped with uniaxial orientation systems with an area of 150 m ² with concentration coefficients of 100, reflection 0.9, absorption 0.9. The first loop of high-temperature photothermal heat generators (VTG) includes 4 modules with a total area of 600 m ² , the second medium-temperature loop includes 16 photovoltaic heat generators (FETG) with a total area of 2,400 m ² and the third low-temperature loop - 320 pcs. fixed solar collectors (SC) with a total area of 510 m ² . The total area of solar energy reception is 3510 m ² . The total area of high-temperature gallium arsenide photoelectric converters is 26.2 m ² . The working fluid in the steam cycle is normal C ₄ H ₁₀ butane (see table 1).

КПД объемной двухступенчатой машины η_м = 0,82%, генератора 87%. Для идеального термодинамического цикла Карно коэффициент преобразования тепловой энергии в механическую (без учета потерь в электрогенераторе) при начальной температуре пара н. бутана 250^oC (T₁ = 523 К) и конечной температуре 25^oC (T₂ = 298 К) составляет:

.Efficiency of a two-stage volumetric machine η _m = 0.82%, generator 87%. For an ideal Carnot thermodynamic cycle, the coefficient of conversion of thermal energy into mechanical energy (without taking into account losses in the electric generator) at the initial temperature of steam n. butane 250 ^o C (T ₁ = 523 K) and a final temperature of 25 ^o C (T ₂ = 298 K) is:

.

Таким образом, суммарный фототермодинамический КПД предлагаемой комбинированной солнечной электростанции близок к предельному и составляет η_фт/η_к = 40,3/42,5 = 0,94, что совершенно недостижимо для прототипа.Thus, the total photothermodynamic efficiency of the proposed combined solar power plant is close to the limit and is η _ft / η _k = 40.3 / 42.5 = 0.94, which is completely unattainable for the prototype.

При сверхкритической рабочей температуре паросилового цикла, повышенной, например с t_кр = 232^oC до 350^oC для C₃Cl₃F₅, на объемную паровую машину поступает двухфазная туманообразная парожидкостная среда с различной концентрацией жидкости, что способствует повышению термомеханического КПД за счет уплотнения жидкостью конструктивных зазоров винтовых роторов, вращающихся со сравнительно малыми скоростями в цилиндрах высокого и низкого давления. Поэтому применение в комбинированной солнечной электростанции в качестве двигателя весьма простой и надежной объемной роторной паровой машины, предпочтительнее, чем высокоскоростной турбины, поскольку последняя из-за эрозии лопаток с их последующим отрывом при действии кинетической энергии высокоскоростных частиц туманообразного рабочего тела может быстро (с возможным взрывом) разрушиться.At a supercritical operating temperature of the steam-cycle, increased, for example, from t _cr = 232 ^° C to 350 ^° C for C ₃ Cl ₃ F ₅ , a two-phase fog-like vapor-liquid medium with a different concentration of liquid enters the volumetric steam engine, which contributes to an increase in thermomechanical efficiency due to fluid seals of the structural clearances of screw rotors rotating at relatively low speeds in high and low pressure cylinders. Therefore, the use of a very simple and reliable volumetric rotary steam engine as a motor in a combined solar power plant is preferable to a high-speed turbine, since the latter due to erosion of the blades and their subsequent separation under the action of the kinetic energy of high-speed particles of a fog-like working fluid can quickly (with possible explosion ) collapse.

Применение в качестве рабочего тела вместо н. бутана (C₄H₁₀) экологически чистого, пожаробезопасного пентафтортрихлорпропана (C₃Cl₃F₅) и повышение начальной температуры до 350^oC позволит повысить суммарный фототермодинамический КПД комбинированной солнечной электростанции до 48%. Это значительно превышает КПД новейших тепловых электростанций и в два с лишним раза выше солнечных электростанций с пароводяным силовым циклом. Таким образом, соответственно снизится металлоемкость оборудования, а сроки окупаемости капиталовложений в строительство комбинированной солнечной электростанции сократятся в несколько раз с учетом снижения более, чем в два раза площади приемников солнечной энергии.Use as a working fluid instead of n. butane (C ₄ H ₁₀ ) environmentally friendly, fireproof pentafluorotrichloropropane (C ₃ Cl ₃ F ₅ ) and increasing the initial temperature to 350 ^o C will increase the total photothermodynamic efficiency of the combined solar power plant up to 48%. This significantly exceeds the efficiency of the latest thermal power plants and is more than two times higher than solar power plants with a steam-water power cycle. Thus, the metal consumption of equipment will decrease accordingly, and the payback period for investments in the construction of a combined solar power plant will be reduced several times, taking into account a decrease of more than two times the area of solar energy receivers.

Claims

1. A solar combined power plant containing circulating heat transfer circuits, the first of which includes a heat transfer loop from successive receivers of a modular mirror parabolic cylindrical solar energy concentrator with a solar tracking system, a steam generator, a superheater, and a circulation pump connected to one input of the heat transfer loop of the receivers a modular concentrator of solar energy, and the second exit through a backup source of heat and connected to the inlet of said superheater, comprising a second steam-powered circuit with a vapor-liquid working fluid, consisting of an economizer, steam-powered parts of a steam generator and a superheater, a heat engine with an electric power generator, a condenser with cooling and a condensate pump, containing an electrolyzer for the decomposition of water into hydrogen and oxygen, inverter with battery, low-potential heat supply system with a circulation pump, characterized in that it is additionally equipped on the second loop of the heat transfer of the first circuit, including a high-temperature photoelectric heat generator, made in the form of receivers of a modular parabolic cylinder concentrator of solar energy with a heat-receiving pipe with a circulating heat carrier located at the focus of the parabolic cylinder, on which are placed high-temperature photoelectric converters, heat exchangers and a heat exchanger to electrolyzer, output inver I’m connected to the battery, moreover, the heat carrier exit from the photoelectric heat generator is connected by the heat conductor of the second heat transfer loop to the input of the hot part of the heat exchanger connected to the output of the backup heat source, the heat exchanger output is connected through the circulation pump to the input of the photoelectric heat generator and the input to the backup heat source, the output of the steam-power part of the heat exchanger is connected with steam generator input.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that the high-temperature photoelectric converters are made in the form of wide-gap, preferably gallium arsenide semiconductor photocells single or multi-stage paired with silicon or germanium.

3. The power plant according to claim 1, characterized in that the backup heat source for generating electricity in the steam-power cycle is made in the form of a catalytic reactor equipped with a sectional heat exchanger with absorption heat pipes filled mainly with liquid heat carrier, which are coated with selectively absorbing infrared radiation and heat-conducting surfaces arranged in rows alternating with sponge catalyst layers and rows of tubular perforated hydrogen distributors or other of gaseous fuel and rows of tubular air or oxygen distributors introduced into the reactor by force or due to convection, and the heat pipes of the sections are connected to switchable valves of the heat transfer circuits from solar energy receivers, which can be connected separately as the level of solar radiation increases.

4. The power plant according to claim 1, characterized in that it is equipped with a low-temperature photothermal heat generator, made in the form of stationary passive solar energy receivers without concentration, with selective heat-receiving panels having channels with a circulating coolant, and the heat carrier exit from the panel channels through a heat conductor is connected to the input of the third separate circulation heat transfer loop of the first circuit, connected by a heat conductor to the input of the hot part of the heat exchanger, the output of which is connected it is connected to a circulation pump connected by a heat conductor to the entrance to the channel of the panels of passive photothermal converters, and the output of the steam-powered part of the heat exchanger is connected to the input of the steam-powered part of the heat exchanger of the second loop of the photoelectric heat generator, while the input of this heat exchanger is connected to the output of the condensate pump.

5. The power plant according to claim 1, characterized in that the photovoltaic heat generator with a plate thickness of high-temperature photovoltaic semiconductor converters less than 50 microns is made in the form of a linear solar battery mounted on a surface located at the focus of the mirror parabolic cylinder, a metal pipe having a flat area along the axis, equipped with an adhesive bonded current-insulating film, a thickness of not more than 1/4 of the thickness of the transducer plate, also adhesive connected to the insulating film and t a slaughter in which the cooling medium of the second heat transfer circuit is circulated in the steam-power cycle, while the photo-electric heat generator is equipped with an outer transparent pipe hermetically connected to the inner metal pipe, the diameter of which is 1/5 smaller than the outer one, and the annular space is evacuated, and part of the optically transparent outer wall the pipe is equipped with a pseudocylindrical optically refracting surface that uniformly distributes the beam to concentrated solar radiation reflected by mirror parabolic cylinders, and the reverse side of the outer tube is equipped with output terminals from the electrodes to the inverter for connecting to the consumer’s electric power network or a switching-converter circuit.

6. The power plant according to claim 1, characterized in that the high-temperature photovoltaic converters with a thickness of more than 50 μm are mounted inside a transparent pipe that is filled with a circulating optically transparent, chemically neutral, liquid coolant, while the pn junction plane is located in the immersion focus formed by concentrated light radiation and a refractive element formed by the surface of a transparent pipe filled with an optically transparent coolant heat transfer circuit in steam power a cycle, and the photoelectric heat generator is equipped with an external evacuated transparent tube through which conductors from the electrodes of the transducers are likewise withdrawn.

7. The power plant according to claim 6, characterized in that optically transparent, or opaque, or reflecting plates are arranged in the optically transparent coolant, creating turbulence of the coolant flow, and optical media with a refractive index different from that for the coolant are arranged.

8. The power plant according to claim 1, characterized in that an organic or inorganic substance with a lower critical pressure, temperature and heat of vaporization is used as the working fluid in the steam-power cycle.

9. The power plant according to claim 1, characterized in that the heat engine is made in the form of a volumetric steam engine, in particular a single or multi-stage rotary engine that drives an electric generator with steam extraction between the stages for regenerative heat transfer or heating, and the volumetric steam engine can be made in the form of a twin-shaft or three-shaft screw, single or multi-stage turboexpander with rotor profiles preferably of the Lysholm type, with the input of the machine connected to the steam generator and the output from the condensation torus.