WO2016032369A1 - Solar power installation (variants) - Google Patents

Solar power installation (variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2016032369A1
WO2016032369A1 PCT/RU2015/000495 RU2015000495W WO2016032369A1 WO 2016032369 A1 WO2016032369 A1 WO 2016032369A1 RU 2015000495 W RU2015000495 W RU 2015000495W WO 2016032369 A1 WO2016032369 A1 WO 2016032369A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam generator
heat
thermal energy
term storage
temperature
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000495
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич ЧУЖМАРОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Горностай"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Горностай" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Горностай"
Publication of WO2016032369A1 publication Critical patent/WO2016032369A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the invention relates to the field of energy, namely to the field of use of solar energy, and can be applied to generate electric current using the energy of solar radiation as a source of thermal radiation.
  • a known solar power plant containing a closed circulation circuit filled with a low-boiling working medium, in which a solar steam generator, a steam turbine kinematically connected with an electric generator, and a condenser are connected in series.
  • the closed circulation circuit is sealed and installed in a vertical plane with the formation in it of an ascending section for raising the vapor of the working substance and a lowering section for the drain of the working substance in a liquid state.
  • the solar steam generator and the steam turbine are included in the circulation circuit at the upstream section, the condenser is included in the circulation circuit at its highest point, and at the lowering section, a hydraulic turbine is additionally included in the circulation circuit, which is kinematically connected to the steam turbine generator (RU 9901 U1, 16.05. 1999).
  • the closest analogue of the claimed invention is a solar power installation, disclosed in RU 2184873 C1, 07/10/2002.
  • the installation consists of a turbine with a low-boiling working substance, an evaporator and a condenser, while the working substance is evaporated in the evaporator due to the solar energy supplied to the evaporator through the coolant, the evaporation of the working substance occurs in the heat exchanger, one cavity of which is an evaporator, and a heat carrier heated by solar energy passes in another cavity.
  • the condenser is another heat exchanger, in one cavity of which the spent steam passes, and in another - a cooler, which
  • the cooler can be any liquid or gaseous environmental substance at the location of the installation, constantly having a temperature of 283K or lower. If there is no such environmental substance with a constant low temperature, as, for example, in the desert, then it is possible to use liquid as a cooler, cooling it at night with cold air in an additional heat exchanger. In order for the installation to work not only during the day, during the hours when the sun is shining, but also at any other time, there are additional storage tanks that are carefully insulated, one for hot coolant, and the other for
  • the main disadvantage of the known technical solution is the low efficiency and, therefore, the inability to increase the power of the entire installation.
  • the objective of the proposed technical solution is to develop an autonomous solar power installation.
  • the technical result of the invention is to increase the efficiency of conversion of solar energy.
  • the proposed solar power installation (option 1), comprising at least one solar collector, a steam generator, a steam turbine, a condenser, while 5 the steam generator includes the function of a heat accumulator for short-term storage of heat energy and is a vessel with thermal insulation, filled with high-temperature liquid.
  • the installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a steam generator are connected in series, the first circuit containing a heat exchanger located in the steam generator.
  • the installation comprises a second closed circulation circuit filled with a low boiling medium, in which a steam generator, a steam turbine kinematically connected to an electric generator are connected in series, and
  • a condenser comprising a heat exchanger connected to a cold water supply pipe and a hot water outlet pipe, the second circuit comprising a heat exchanger located in a steam generator.
  • the installation contains a third closed circulation
  • the solar power plant includes at least one collector, a heat accumulator for short-term storage of thermal energy, a steam generator, a steam turbine, a condenser, wherein the heat accumulator for short-term storage of thermal energy is filled with a high-temperature liquid.
  • This installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a heat accumulator for short-term storage of thermal energy are sequentially connected, the first circuit containing a heat exchanger located in a heat accumulator for short-term storage of thermal energy.
  • the installation contains a second closed circulation circuit with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a steam generator are sequentially connected, the second circuit containing two heat exchangers located, respectively, in a heat accumulator of short-term storage of thermal energy and in a steam generator filled with high-temperature liquid.
  • the installation also contains a third closed circulation circuit with a low boiling medium, in which a steam generator, a steam turbine kinematically connected to an electric generator, and a condenser that includes a heat exchanger connected to a cold water supply pipe and a hot water outlet pipe are connected in series, the third circuit contains a heat exchanger located in the steam generator.
  • the installation comprises a fourth closed circulation circuit with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid are sequentially included, the fourth circuit containing two heat exchangers located, respectively, in the heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy.
  • Mineral oils, salt melts are used as a high-temperature coolant.
  • the high temperature coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes.
  • the low-boiling working substance is freon, ethyl alcohol.
  • Mineral oils and molten salts are used as high-temperature liquids.
  • Shell and tube heat exchangers are used.
  • FIG. 1 - Scheme of a solar power plant (option 1):
  • FIG. 2 - Scheme of a solar power installation (option 2).
  • FIG. 1 shows a solar power plant comprising at least one solar collector (1), a steam generator (3), a steam turbine (4) and a condenser (6).
  • the steam generator (2) includes the function of a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and is a vessel with thermal insulation, filled with high-temperature liquid.
  • the installation includes a first closed circulation circuit (7) with a high-temperature coolant, in which a collector (1) and a steam generator (2) are connected in series, the first circuit (7) containing a heat exchanger (8) located in the steam generator (2), and the circulation of the high-temperature the coolant is carried out using a circulation pump (not shown).
  • the second closed circulation circuit (22) is filled low-boiling working substance, in which a steam generator (3), a steam turbine (4) kinematically connected to an electric generator (5), and a condenser (6), which includes a heat exchanger (13) connected to a cold water supply pipe (14), are connected in series and a pipeline (15) for the release of hot water, the second circuit (22) containing a heat exchanger (25) located in the steam generator, and the circulation of the low boiling medium is carried out using a circulation pump (not shown).
  • the second closed circuit (22) contains a check valve (17) installed at the inlet to the steam generator (3) for supplying low-boiling substance.
  • the installation contains a third closed circulation circuit (26) with a high-temperature liquid, in which a steam generator (3) and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, filled with a high-temperature liquid, are sequentially connected, and the third circuit contains two heat exchangers (23, 24), located, respectively, in the steam generator (3) and the heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, and the circulation of the high-temperature liquid is carried out using a circulation pump (not shown).
  • FIG. 2 shows a solar power plant comprising at least one collector (1), a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy, a steam generator (3), a steam turbine (4) and a condenser (5), moreover, a heat accumulator (2) for short-term storage thermal energy is filled with a high-temperature liquid.
  • the installation includes a first closed circulation circuit (7) with a high-temperature coolant, in which a collector (1) and a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy are sequentially connected, and the first circuit (7) contains a heat exchanger (8) located in the heat accumulator (2 ) short-term storage of thermal energy, and the circulation of high-temperature coolant is carried out at using a circulation pump (not shown).
  • the second closed circulation circuit (9) is filled with a high-temperature liquid, in which the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a steam generator (3) are successively connected, and the second (9) circuit contains two heat exchangers (10, 11) located, respectively, in a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and in a steam generator (3) filled with a high-temperature liquid, and the circulation of the high-temperature liquid is carried out using a circulation pump (not shown).
  • the third closed circulation circuit (12) is filled with a low-boiling working medium, in which a steam generator (3), a steam turbine (4) kinematically connected to an electric generator (5), and a condenser (6), which includes a heat exchanger (13) connected to a pipeline (14) for supplying cold water and a pipeline (15) for the exit of hot water, the third circuit comprising a heat exchanger (16) located in the steam generator (3), and the circulation of the low boiling medium is carried out using a circulation pump (not shown).
  • the third closed circuit (12) contains a check valve (17) installed at the inlet of the steam generator (3) for supplying low-boiling substance.
  • the installation comprises a fourth closed circulation circuit (18) with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid are sequentially included, and the fourth circuit (18) contains two a heat exchanger (20, 21) located, respectively, in a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, and irkulyatsiya high temperature liquid is carried out by means of a circulation pump (not shown).
  • the working area of the solar collector is from several tens to several hundred m 2 . If the installation contains more than one collector, then they are connected in a closed loop in parallel or in series.
  • the heat accumulator for short-term storage of thermal energy contains vacuum insulation and maintains a temperature of 150-200 ° without recharging for 72 hours.
  • the heat accumulator for long-term storage of thermal energy contains vacuum insulation and maintains a temperature of 150-200 ° without recharging for 1,500 hours.
  • the steam generator contains thermal insulation, for example, made of foam glass, or use vacuum.
  • Closed circulation circuits are a metal pipe with thermal insulation, for example, made of 15 foam glass.
  • Mineral oils based on alkylnaphthenic and alkylaromatic hydrocarbons are used as a high-temperature coolant, and a mixture of high-temperature KN0 3 and NaN0 3 melts is used as high-temperature salt melts.
  • a high-temperature coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes with a diameter of 10-50 nm and a length of 70-100 nm in an amount of 0.1-1 vol. % If the content of nanotubes is less than 0.1%, the degree of absorption of solar insolation will be low, and if the content of nanotubes is more than 1%, it will lead to a 25 increase in the cost of the coolant.
  • shell-and-tube heat exchangers As shell-and-tube heat exchangers, a coil and any other known heat exchangers are used.
  • the first closed circulation circuit (7) is filled with a high-temperature coolant that circulates through circuit (7) with a circulation pump (not shown).
  • the coolant enters two solar collectors (in Fig. 1, marked pos. 1), each with an area of 25 m, which are connected to the circuit in parallel, where it is heated by solar energy.
  • the heated heat carrier enters the heat exchanger (8) located in the steam generator (3), where heat is transferred from the heat carrier to the high-temperature liquid, which is located in the steam generator (3).
  • the coolant re-enters the collector and the cycle repeats.
  • the steam enters the steam turbine (4), where part of the energy of the working steam of the turbine (4), combined with the electric generator (5), is converted into electricity, which is spent on maintaining the functionality of the sludge installation and on the electricity needed by the consumer (lighting, power supply of household appliances and etc.).
  • the vapors of the working substance enter the condenser (6), where the condensation occurs due to the heat exchanger (13), which receives cold water through the pipeline (14).
  • the low-boiling working substance enters the second closed loop (22) and the cycle repeats, and the heated hot water from the heat exchanger (13) through the pipeline (15) is supplied to the consumer's needs.
  • the temperature of the high-temperature liquid should be 150-200 ° ⁇ .
  • the first closed circulation circuit (7) is filled with a high-temperature coolant with an additive in the form of carbon nanotubes in an amount of 0.1 vol. % that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown).
  • the coolant enters the solar collector (1) with an area of 150 m 2 , where it is heated by solar power.
  • the heated heat carrier enters the heat exchanger (8) located in the heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2), where heat is transferred from the heat carrier to the high-temperature liquid in the 5 heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2).
  • the coolant re-enters the collector (1) and the cycle repeats.
  • the second closed circulation circuit (9) is filled with a high-temperature fluid that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown).
  • a high-temperature liquid being heated in a heat exchanger (10) located in a heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2), enters a heat exchanger (1 1) located in a steam generator (3) filled with a high-temperature liquid and gives off heat to the high-temperature liquid. Then high temperature fluid
  • the steam enters the steam turbine (4), where part of the energy of the working steam of the turbine (4), combined with the electric generator (5), is converted into electricity, which is spent on maintaining the functionality of the installation or on the electricity needed by the consumer (lighting, household power
  • the system contains a fourth closed circulation circuit (18), filled with a high-temperature liquid that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown).
  • the fourth circuit includes successively a heat accumulator (2) for short-term 5 storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid, the fourth circuit containing two heat exchangers (20, 21) located, respectively, in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy.
  • the temperature of the high-temperature liquid should be 150-200 ° ⁇ .
  • the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term 15 storage of thermal energy should be 150-200 ° ⁇ , and in the heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy - 150-250 ° ⁇ .
  • a circulation pump (not shown) 20 is turned on, which delivers hot high-temperature liquid to the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy from the heat accumulator (19) for a long time storing thermal energy, thereby increasing the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy to the required value using heat exchange occurring between the heat exchanger (20) and the high temperature fluid.
  • the circulation pump is turned on, which delivers the hot high-temperature liquid heated in the heat exchanger (20) to heat accumulator heat exchanger (21) for long-term storage of thermal energy.
  • the present invention allows to obtain an autonomous solar installation, while increasing the efficiency of conversion of solar energy.

Abstract

The invention relates to the energy industry, and specifically to the field of solar energy utilization, and can be used in the generation of electrical current by utilizing solar radiation energy as a source of thermal radiation. The technical result of the invention consists in increasing the efficiency of solar energy conversion. A solar power installation includes at least one solar collector, a steam generator, a steam turbine and a condenser. The steam generator includes the function of a heat accumulator for the short-term storage of thermal energy, and is in the form of a thermally-insulated vessel which is filled with a high-temperature fluid. The installation includes a first closed circulation loop having a high-temperature heat carrier; the collector and the steam generator are sequentially connected to the first loop, and the first loop contains a heat exchanger which is positioned in the steam generator. The installation includes a second closed circulation loop having a low-boiling working medium, to which loop are sequentially connected the steam generator, the steam turbine, which is kinematically connected to an electric generator, and the condenser, which includes a heat exchanger that is connected to a cold-water feed pipeline and to a hot-water outlet pipeline, wherein the second loop contains a heat exchanger which is positioned in the steam generator.

Description

Солнечная энергетическая установка (варианты)  Solar power plant (options)
Область техники  Technical field
Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.  The invention relates to the field of energy, namely to the field of use of solar energy, and can be applied to generate electric current using the energy of solar radiation as a source of thermal radiation.
Уровень техники  State of the art
Известна солнечная энергетическая установка, содержащая заполненный низкокипящим рабочим веществом замкнутый циркуляционный контур, в который последовательно включены солнечный парогенератор, паровая турбина, кинематически соединенная с электрогенератором, и конденсатор. При этом замкнутый циркуляционный контур выполнен герметичным и установлен в вертикальной плоскости с образованием в нем восходящего участка для подъема паров рабочего вещества и опускного участка для стока рабочего вещества в жидком состоянии. Причем солнечный парогенератор и паровая турбина включены в циркуляционный контур на восходящем участке, конденсатор включен в циркуляционный контур в наивысшей его точке, а на опускном участке в циркуляционный контур дополнительно включена гидравлическая турбина, которая кинематически соединена с электрогенератором паровой турбины (RU 9901 U1 , 16.05.1999).  A known solar power plant containing a closed circulation circuit filled with a low-boiling working medium, in which a solar steam generator, a steam turbine kinematically connected with an electric generator, and a condenser are connected in series. In this case, the closed circulation circuit is sealed and installed in a vertical plane with the formation in it of an ascending section for raising the vapor of the working substance and a lowering section for the drain of the working substance in a liquid state. Moreover, the solar steam generator and the steam turbine are included in the circulation circuit at the upstream section, the condenser is included in the circulation circuit at its highest point, and at the lowering section, a hydraulic turbine is additionally included in the circulation circuit, which is kinematically connected to the steam turbine generator (RU 9901 U1, 16.05. 1999).
Недостаткам известной установки является высокая себестоимость получаемой электроэнергии, а также относительно невысокий к.п.д.  The disadvantages of the known installation is the high cost of electricity received, as well as the relatively low efficiency
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является солнечная энергетическая установка, раскрытая в RU 2184873 С1, 10.07.2002.  The closest analogue of the claimed invention is a solar power installation, disclosed in RU 2184873 C1, 07/10/2002.
Установка состоит из турбины с низкокипящим рабочим веществом, испарителя и конденсатора, при этом рабочее вещество испаряется в испарителе за счёт солнечной энергии, поступающей в испаритель через теплоноситель, испарение рабочего вещества происходит в теплообменнике, одной полостью которого является испаритель, а в другой полости проходит теплоноситель, нагретый солнечной энергией. The installation consists of a turbine with a low-boiling working substance, an evaporator and a condenser, while the working substance is evaporated in the evaporator due to the solar energy supplied to the evaporator through the coolant, the evaporation of the working substance occurs in the heat exchanger, one cavity of which is an evaporator, and a heat carrier heated by solar energy passes in another cavity.
Конденсатором является другой теплообменник, в одной полости которого проходит отработанный пар, а в другой - охладитель, который The condenser is another heat exchanger, in one cavity of which the spent steam passes, and in another - a cooler, which
5 отбирает тепло у отработанного пара, превращая его в жидкость, охладителем может быть любое жидкое или газообразное вещество окружающей среды в месте нахождения установки, постоянно имеющее температуру 283К и ниже. Если такого вещества окружающей среды с постоянной низкой температурой нет, как, например, в пустыне, то можно ю как охладитель использовать жидкость, охлаждая её в ночное время холодным воздухом в дополнительном теплообменнике. Для того, чтобы установка могла работать не только днём, в часы, когда светит Солнце, но и в любое другое время, имеются дополнительные накопительные ёмкости, тщательно теплоизолированные, одна - для горячего теплоносителя, другая -5 removes heat from the exhaust steam, turning it into a liquid, the cooler can be any liquid or gaseous environmental substance at the location of the installation, constantly having a temperature of 283K or lower. If there is no such environmental substance with a constant low temperature, as, for example, in the desert, then it is possible to use liquid as a cooler, cooling it at night with cold air in an additional heat exchanger. In order for the installation to work not only during the day, during the hours when the sun is shining, but also at any other time, there are additional storage tanks that are carefully insulated, one for hot coolant, and the other for
15 для холодного теплоносителя, а при использовании дополнительного теплообменника для охлаждения охлаждающей жидкости также имеются две ёмкости, одна - для охладителя, поступающего из теплообменника, где он отдал своё тепло веществу окружающей среды, другая - для охладителя, поступающего из конденсатора, где он отбирает тепло у отработавшего пара,15 for cold coolant, and when using an additional heat exchanger for cooling the coolant, there are also two tanks, one for the chiller coming from the heat exchanger, where it transferred its heat to the environment, and the other for the chiller coming from the condenser, where it removes heat for spent steam
20 превращая его при этом в жидкость. 20 turning it into a liquid.
Главным недостатком известного технического решения является низкий к.п.д. и, следовательно, невозможность повышения мощности всей установки.  The main disadvantage of the known technical solution is the low efficiency and, therefore, the inability to increase the power of the entire installation.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
25 Задача предлагаемого технического решения состоит в разработке автономной солнечной энергетической установки.  25 The objective of the proposed technical solution is to develop an autonomous solar power installation.
Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности преобразования солнечной энергии.  The technical result of the invention is to increase the efficiency of conversion of solar energy.
Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие зо от известной солнечной установки, включающей турбину с низкокипящим рабочим веществом, испаритель, конденсатор, накопительные ёмкости, тщательно теплоизолированные, в предложенной солнечной энергетической установке (вариант 1), включающей, по меньшей мере, один солнечный коллектор, парогенератор, паровую турбину, конденсатор, при этом 5 парогенератор включает функцию теплоаккумулятора кратковременного хранения тепловой энергии и представляет собой сосуд с теплоизоляцией, заполненный высокотемпературной жидкостью. При этом установка включает первый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно ю включены коллектор и парогенератор, причем первый контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе. Установка содержит второй замкнутый циркуляционный контур, заполненный низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор, паровая турбина, кинематически соединенная с электрогенератором, иThis technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the well-known solar installation, including a low-boiling turbine a working substance, an evaporator, a condenser, storage tanks, carefully insulated, in the proposed solar power installation (option 1), comprising at least one solar collector, a steam generator, a steam turbine, a condenser, while 5 the steam generator includes the function of a heat accumulator for short-term storage of heat energy and is a vessel with thermal insulation, filled with high-temperature liquid. The installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a steam generator are connected in series, the first circuit containing a heat exchanger located in the steam generator. The installation comprises a second closed circulation circuit filled with a low boiling medium, in which a steam generator, a steam turbine kinematically connected to an electric generator are connected in series, and
15 конденсатор, содержащий теплообменник, соединенный с трубопроводом для подачи холодной воды и трубопроводом для выхода горячей воды, причем второй контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе. 15 is a condenser comprising a heat exchanger connected to a cold water supply pipe and a hot water outlet pipe, the second circuit comprising a heat exchanger located in a steam generator.
Кроме того, установка содержит третий замкнутый циркуляционный In addition, the installation contains a third closed circulation
20 контур с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены парогенератор и теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем третий контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в парогенераторе и теплоаккумуляторе длительного20 circuit with a high-temperature liquid, in which a steam generator and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy, filled with a high-temperature liquid, are sequentially connected, the third circuit containing two heat exchangers located, respectively, in the steam generator and the heat accumulator of long
25 хранения тепловой энергии. 25 thermal energy storage.
Согласно второму варианту солнечная энергетическая установка включает, по меньшей мере, один коллектор, теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии, парогенератор, паровую турбину, конденсатор, причем теплоакуммулятор кратковременного зо хранения тепловой энергии заполнен высокотемпературной жидкостью. При этом установка включает первый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно включены коллектор и теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии, причем первый контур содержит теплообменник, расположенный в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии. Установка содержит второй замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии и парогенератор, причем второй контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии и в парогенераторе, заполненном высокотемпературной жидкостью. Также установка содержит третий замкнутый циркуляционный контур с низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор, паровая турбина, кинематически соединенная с электрогенератором, и конденсатор, который включает теплообменник, соединенный с трубопроводом для подачи холодной воды и трубопроводом для выхода горячей воды, причем третий контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе. According to the second embodiment, the solar power plant includes at least one collector, a heat accumulator for short-term storage of thermal energy, a steam generator, a steam turbine, a condenser, wherein the heat accumulator for short-term storage of thermal energy is filled with a high-temperature liquid. At This installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a heat accumulator for short-term storage of thermal energy are sequentially connected, the first circuit containing a heat exchanger located in a heat accumulator for short-term storage of thermal energy. The installation contains a second closed circulation circuit with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a steam generator are sequentially connected, the second circuit containing two heat exchangers located, respectively, in a heat accumulator of short-term storage of thermal energy and in a steam generator filled with high-temperature liquid. The installation also contains a third closed circulation circuit with a low boiling medium, in which a steam generator, a steam turbine kinematically connected to an electric generator, and a condenser that includes a heat exchanger connected to a cold water supply pipe and a hot water outlet pipe are connected in series, the third circuit contains a heat exchanger located in the steam generator.
Кроме того, установка содержит четвертый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем четвертый контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумуляторе длительного хранения тепловой энергии.  In addition, the installation comprises a fourth closed circulation circuit with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid are sequentially included, the fourth circuit containing two heat exchangers located, respectively, in the heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy.
В качестве высокотемпературного теплоносителя применяют минеральные масла, расплавы солей.  Mineral oils, salt melts are used as a high-temperature coolant.
Высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок. Низкокипящее рабочее вещество представляет собой фреон, этиловый спирт. The high temperature coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes. The low-boiling working substance is freon, ethyl alcohol.
В качестве высокотемпературной жидкости применяют минеральные масла, расплавы солей.  Mineral oils and molten salts are used as high-temperature liquids.
В качестве теплообменников используют кожухотрубные.  Shell and tube heat exchangers are used.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
Фиг. 1 - Схема солнечной энергетической установки (вариант 1):  FIG. 1 - Scheme of a solar power plant (option 1):
1 - солнечный коллектор; 1 - solar collector;
3 - парогенератор, выполняющий функцию теплоаккумулятора кратковременного хранения тепловой энергии;  3 - a steam generator that performs the function of a heat accumulator for short-term storage of thermal energy;
4 - паровая турбина;  4 - steam turbine;
5 - электрогенератор;  5 - electric generator;
6 - конденсатор;  6 - capacitor;
7 - первый замкнутый циркуляционный контур;  7 - the first closed circulation circuit;
8 - теплообменник первого контура; 8 - heat exchanger of the primary circuit;
22 - второй замкнутый циркуляционный контур;  22 - second closed circulation loop;
13 - теплообменник конденсатора;  13 - condenser heat exchanger;
14 - трубопровод для подачи холодной воды;  14 - pipeline for supplying cold water;
15 - трубопровод для выхода горячей воды;  15 - pipeline for the exit of hot water;
25 - теплообменник второго контура; 25 - heat exchanger of the second circuit;
17 - обратный клапан;  17 - check valve;
26 - третий замкнутый циркуляционный контур;  26 - the third closed circulation circuit;
19 - теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии;  19 - heat accumulator for long-term storage of thermal energy;
23 - первый теплообменник третьего контура;  23 - the first heat exchanger of the third circuit;
24 - второй теплообменник третьего контура; 24 - the second heat exchanger of the third circuit;
Фиг. 2 - Схема солнечной энергетической установки (вариант 2).  FIG. 2 - Scheme of a solar power installation (option 2).
1 - коллектор;  1 - collector;
2 - теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии;  2 - heat accumulator for short-term storage of thermal energy;
3 -парогенератор;  3-steam generator;
4 - паровая турбина; 5 - электрогенератор; 4 - steam turbine; 5 - electric generator;
6 - конденсатор;  6 - capacitor;
7 - первый замкнутый циркуляционный контур;  7 - the first closed circulation circuit;
8 - теплообменник первого контура;  8 - heat exchanger of the primary circuit;
9 - второй замкнутый циркуляционный контур; 9 - a second closed circulation circuit;
10 - первый теплообменник второго контура;  10 - the first heat exchanger of the second circuit;
1 1 - второй теплообменник второго контура;  1 1 - the second heat exchanger of the second circuit;
12 - третий замкнутый циркуляционный контур;  12 - the third closed circulation circuit;
13 - теплообменник конденсатора;  13 - condenser heat exchanger;
14 - трубопровод для подачи холодной воды; 14 - pipeline for supplying cold water;
15 - трубопровод для выхода горячей воды;  15 - pipeline for the exit of hot water;
16 - теплообменник третьего контура;  16 - heat exchanger of the third circuit;
17 - обратный клапан;  17 - check valve;
18 - четвертый замкнутый циркуляционный контур;  18 - fourth closed circulation circuit;
19 - теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии; 19 - heat accumulator for long-term storage of thermal energy;
20 - первый теплообменник четвертого контура;  20 - the first heat exchanger of the fourth circuit;
21 - второй теплообменник четвертого контура;  21 - a second heat exchanger of the fourth circuit;
Осуществление изобретения  The implementation of the invention
На фиг. 1 изображена солнечная энергетическая установка, включающая, по меньшей мере, один солнечный коллектор (1), парогенератор (3), паровую турбину (4) и конденсатор (6). При этом парогенератор (2) включает функцию теплоаккумулятора кратковременного хранения тепловой энергии и представляет собой сосуд с теплоизоляцией, заполненный высокотемпературной жидкостью. Причем установка включает первый замкнутый циркуляционный контур (7) с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно включены коллектор (1) и парогенератор (2), причем первый контур (7) содержит теплообменник (8), расположенный в парогенераторе (2), а циркуляция высокотемпературного теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). Второй замкнутый циркуляционный контур (22) заполнен низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор (3), паровая турбина (4), кинематически соединенная с электрогенератором (5), и конденсатор (6), который включает теплообменник (13), соединенный с трубопроводом (14) для подачи холодной воды и трубопроводом (15) для выхода горячей воды, причем второй контур (22) содержит теплообменник (25), расположенный в парогенераторе, а циркуляция низкокипящего рабочего вещества осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). При этом второй замкнутый контур (22) содержит обратный клапан (17), установленный на входе в парогенератор (3) для подачи низкокипящего вещества. In FIG. 1 shows a solar power plant comprising at least one solar collector (1), a steam generator (3), a steam turbine (4) and a condenser (6). In this case, the steam generator (2) includes the function of a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and is a vessel with thermal insulation, filled with high-temperature liquid. Moreover, the installation includes a first closed circulation circuit (7) with a high-temperature coolant, in which a collector (1) and a steam generator (2) are connected in series, the first circuit (7) containing a heat exchanger (8) located in the steam generator (2), and the circulation of the high-temperature the coolant is carried out using a circulation pump (not shown). The second closed circulation circuit (22) is filled low-boiling working substance, in which a steam generator (3), a steam turbine (4) kinematically connected to an electric generator (5), and a condenser (6), which includes a heat exchanger (13) connected to a cold water supply pipe (14), are connected in series and a pipeline (15) for the release of hot water, the second circuit (22) containing a heat exchanger (25) located in the steam generator, and the circulation of the low boiling medium is carried out using a circulation pump (not shown). In this case, the second closed circuit (22) contains a check valve (17) installed at the inlet to the steam generator (3) for supplying low-boiling substance.
Кроме того, установка содержит третий замкнутый циркуляционный контур (26) с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены парогенератор (3) и теплоаккумулятор (19) длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем третий контур содержит два теплообменника (23, 24), расположенные, соответственно, в парогенераторе (3) и теплоаккумуляторе (19) длительного хранения тепловой энергии, а циркуляция высокотемпературной жидкости осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан).  In addition, the installation contains a third closed circulation circuit (26) with a high-temperature liquid, in which a steam generator (3) and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, filled with a high-temperature liquid, are sequentially connected, and the third circuit contains two heat exchangers (23, 24), located, respectively, in the steam generator (3) and the heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, and the circulation of the high-temperature liquid is carried out using a circulation pump (not shown).
На фиг. 2 изображена солнечная энергетическая установка, включающая, по меньшей мере, один коллектор (1), теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии, парогенератор (3), паровую турбину (4) и конденсатор (5), причем теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии заполнен высокотемпературной жидкостью. При этом установка включает первый замкнутый циркуляционный контур (7) с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно включены коллектор (1) и теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии, причем первый контур (7) содержит теплообменник (8), расположенный в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии, а циркуляция высокотемпературного теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). Второй замкнутый циркуляционный контур ( 9) за полнен высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии и парогенератор (3), причем второй (9) контур содержит два теплообменника (10, 11), расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии и в парогенераторе (3), заполненном высокотемпературной жидкостью, а циркуляция высокотемпературной жидкости осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). Третий замкнутый циркуляционный контур (12) заполнен низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор (3), паровая турбина (4), кинематически соединенная с электрогенератором (5), и конденсатор (6), который включает теплообменник (13), соединенный с трубопроводом (14) для подачи холодной воды и трубопроводом (15) для выхода горячей воды, причем третий контур содержит теплообменник (16), расположенный в парогенераторе (3), а циркуляция низкокипящего рабочего вещества осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). При этом третий замкнутый контур (12) содержит обратный клапан (17), установленный на входе в парогенератор (3) для подачи низкокипящего вещества. In FIG. 2 shows a solar power plant comprising at least one collector (1), a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy, a steam generator (3), a steam turbine (4) and a condenser (5), moreover, a heat accumulator (2) for short-term storage thermal energy is filled with a high-temperature liquid. In this case, the installation includes a first closed circulation circuit (7) with a high-temperature coolant, in which a collector (1) and a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy are sequentially connected, and the first circuit (7) contains a heat exchanger (8) located in the heat accumulator (2 ) short-term storage of thermal energy, and the circulation of high-temperature coolant is carried out at using a circulation pump (not shown). The second closed circulation circuit (9) is filled with a high-temperature liquid, in which the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a steam generator (3) are successively connected, and the second (9) circuit contains two heat exchangers (10, 11) located, respectively, in a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and in a steam generator (3) filled with a high-temperature liquid, and the circulation of the high-temperature liquid is carried out using a circulation pump (not shown). The third closed circulation circuit (12) is filled with a low-boiling working medium, in which a steam generator (3), a steam turbine (4) kinematically connected to an electric generator (5), and a condenser (6), which includes a heat exchanger (13) connected to a pipeline (14) for supplying cold water and a pipeline (15) for the exit of hot water, the third circuit comprising a heat exchanger (16) located in the steam generator (3), and the circulation of the low boiling medium is carried out using a circulation pump (not shown). In this case, the third closed circuit (12) contains a check valve (17) installed at the inlet of the steam generator (3) for supplying low-boiling substance.
Кроме того, установка содержит четвертый замкнутый циркуляционный контур (18) с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумулятор (19) длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем четвертый контур (18) содержит два теплообменника (20, 21), расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумуляторе (19) длительного хранения тепловой энергии, а циркуляция высокотемпературной жидкости осуществляется при помощи циркуляционного насоса (не показан). Рабочая площадь солнечного коллектора составляет от несколько десятков до несколько сотен м2. В случае если установка содержит более одного коллектора, то они соединяются в замкнутом контуре параллельно или последовательно. In addition, the installation comprises a fourth closed circulation circuit (18) with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid are sequentially included, and the fourth circuit (18) contains two a heat exchanger (20, 21) located, respectively, in a heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy, and irkulyatsiya high temperature liquid is carried out by means of a circulation pump (not shown). The working area of the solar collector is from several tens to several hundred m 2 . If the installation contains more than one collector, then they are connected in a closed loop in parallel or in series.
5 Теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии содержит вакуумную изоляцию и поддерживает температуру 150-200° без подзарядки в течение 72 часов.  5 The heat accumulator for short-term storage of thermal energy contains vacuum insulation and maintains a temperature of 150-200 ° without recharging for 72 hours.
Теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии содержит вакуумную теплоизоляцию и поддерживает температуру 150-200° без ю подзарядки в течение 1500 часов.  The heat accumulator for long-term storage of thermal energy contains vacuum insulation and maintains a temperature of 150-200 ° without recharging for 1,500 hours.
Парогенератор содержит теплоизоляцию, например, выполненную из пеностекла, либо используют вакуумную.  The steam generator contains thermal insulation, for example, made of foam glass, or use vacuum.
Замкнутые циркуляционные контуры представляют собой металлическую трубу с теплоизоляцией, например, выполненную из 15 пеностекла.  Closed circulation circuits are a metal pipe with thermal insulation, for example, made of 15 foam glass.
В качестве высокотемпературного теплоносителя применяют минеральные масла на основе алкилнафтеновых и алкилароматических углеводородов, а в качестве высокотемпературных расплавов солей применяют смесь высокотемпературных расплавов KN03 и NaN03. Mineral oils based on alkylnaphthenic and alkylaromatic hydrocarbons are used as a high-temperature coolant, and a mixture of high-temperature KN0 3 and NaN0 3 melts is used as high-temperature salt melts.
20 Для повышения степени поглощения солнечной инсоляции высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок диаметром 10-50 нм и длинной 70-100 нм в количестве 0,1-1 об. %. При содержании нанотрубок менее 0, 1 % степень поглдощения солнечной инсоляции будет низка, а при содержании нанотрубок более 1 % приведет к 25 удорожанию теплоносителя. 20 To increase the degree of absorption of solar insolation, a high-temperature coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes with a diameter of 10-50 nm and a length of 70-100 nm in an amount of 0.1-1 vol. % If the content of nanotubes is less than 0.1%, the degree of absorption of solar insolation will be low, and if the content of nanotubes is more than 1%, it will lead to a 25 increase in the cost of the coolant.
В качестве теплообменников используют кожухотрубные, змеевик и любые другие известные теплообменники.  As shell-and-tube heat exchangers, a coil and any other known heat exchangers are used.
Пример 1  Example 1
Согласно фиг. 1 первый замкнутый циркуляционный контур (7) зо заполнен высокотемпературным теплоносителем, который циркулирует по контуру (7) при помощи циркуляционного насоса (не показан). Теплоноситель поступает в два солнечных коллектора (на фиг. 1 , обозначено поз. 1), каждый площадью 25 м , которые соединены с контуром параллельно, где он нагревается от солнечной энергии. Далее нагретый теплоноситель попадает в теплообменник (8), расположенный в парогенераторе (3), где происходит отдача тепла от теплоносителя высокотемпературной жидкости, которая находится в парогенераторе (3). Затем теплоноситель повторно поступает в коллектора и цикл повторяется. Низкокипящее рабочее вещество по второму замкнутому контуру (22) при помощи циркуляционного насоса (не показан) из конденсатора (6) через обратный клапан (17) поступает в теплообменник (25), где происходит испарение рабочего вещества и получение пара. Далее пар поступает в паровую турбину (4), где часть энергии рабочего пара турбины (4), совмещенной с электрогенератором (5), преобразуют в электроэнергию, которую расходуют на поддержание функциональности установки ил и на электроэнергию, необходимую потребителю (освещение, питание бытовых приборов и др.). Из турбины (4) пары рабочего вещества поступают в конденсатор (6), где происходит конденсация пара за счет теплообменника (13), в который поступает холодная вода по трубопроводу (14). Затем низкокипящее рабочее вещество попадает во второй замкнутый контур (22) и цикл повторяется, а нагретая горячая вода из теплообменника (13) по трубопроводу (15) поступает на нужды потребителю. Для выполнения парогенератором своих функций (выработка пара и накопления тепла) температура высокотемпературной жидкости должна составлять 150-200°С. According to FIG. 1, the first closed circulation circuit (7) is filled with a high-temperature coolant that circulates through circuit (7) with a circulation pump (not shown). The coolant enters two solar collectors (in Fig. 1, marked pos. 1), each with an area of 25 m, which are connected to the circuit in parallel, where it is heated by solar energy. Then, the heated heat carrier enters the heat exchanger (8) located in the steam generator (3), where heat is transferred from the heat carrier to the high-temperature liquid, which is located in the steam generator (3). Then the coolant re-enters the collector and the cycle repeats. A low-boiling working substance in a second closed circuit (22), using a circulation pump (not shown), from a condenser (6) through a check valve (17) enters the heat exchanger (25), where the working substance evaporates and steam is produced. Next, the steam enters the steam turbine (4), where part of the energy of the working steam of the turbine (4), combined with the electric generator (5), is converted into electricity, which is spent on maintaining the functionality of the sludge installation and on the electricity needed by the consumer (lighting, power supply of household appliances and etc.). From the turbine (4), the vapors of the working substance enter the condenser (6), where the condensation occurs due to the heat exchanger (13), which receives cold water through the pipeline (14). Then, the low-boiling working substance enters the second closed loop (22) and the cycle repeats, and the heated hot water from the heat exchanger (13) through the pipeline (15) is supplied to the consumer's needs. For the steam generator to perform its functions (steam generation and heat storage), the temperature of the high-temperature liquid should be 150-200 ° С.
Пример 2  Example 2
Согласно фиг. 2 первый замкнутый циркуляционный контур (7), заполнен высокотемпературным теплоносителем с добавкой в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1 об. %, который циркулирует по контуру при помощи циркуляционного насоса (не показан). Теплоноситель поступает в солнечный коллектор (1) площадью 150 м2, где он нагревается от солнечной энергии. Далее нагретый теплоноситель попадает в теплообменник (8), расположенный в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии (2), где происходит отдача тепла от теплоносителя высокотемпературной жидкости, находящейся в 5 теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии (2). Затем теплоноситель повторно поступает в коллектор (1) и цикл повторяется. Второй замкнутый циркуляционный контур (9), заполнен высокотемпературной жидкостью, которая циркулирует по контуру при помощи циркуляционного насоса (не показан). Высокотемпературная ю жидкость, нагреваясь в теплообменнике (10), находящемся в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии (2), поступает в теплообменник (1 1), находящийся в парогенераторе (3), заполненном высокотемпературной жидкостью и отдает тепло высокотемпературной жидкости. Затем высокотемпературная жидкостьAccording to FIG. 2, the first closed circulation circuit (7), is filled with a high-temperature coolant with an additive in the form of carbon nanotubes in an amount of 0.1 vol. % that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown). The coolant enters the solar collector (1) with an area of 150 m 2 , where it is heated by solar power. Then, the heated heat carrier enters the heat exchanger (8) located in the heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2), where heat is transferred from the heat carrier to the high-temperature liquid in the 5 heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2). Then the coolant re-enters the collector (1) and the cycle repeats. The second closed circulation circuit (9) is filled with a high-temperature fluid that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown). A high-temperature liquid, being heated in a heat exchanger (10) located in a heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2), enters a heat exchanger (1 1) located in a steam generator (3) filled with a high-temperature liquid and gives off heat to the high-temperature liquid. Then high temperature fluid
15 вновь поступает в теплообменник (10), находящийся в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии (2) и цикл повторяется. Низкокипящее рабочее вещество по третьему замкнутому контуру 12() при помощи циркуляционного насоса (не показан) из конденсатора (6) через обратный клапан (17) поступает в теплообменник (16) парогенератора, где15 again enters the heat exchanger (10) located in the heat accumulator for short-term storage of thermal energy (2) and the cycle repeats. The low-boiling working substance in the third closed circuit 12 () by means of a circulation pump (not shown) from the condenser (6) through the check valve (17) enters the heat exchanger (16) of the steam generator, where
20 происходит испарение рабочего вещества и получение пара. Далее пар поступает в паровую турбину (4), где часть энергии рабочего пара турбины (4), совмещенной с электрогенератором (5), преобразуют в электроэнергию, которую расходуют на поддержание функциональности установки или на электроэнергию, необходимую потребителю (освещение, питание бытовых20 is the evaporation of the working substance and the production of steam. Next, the steam enters the steam turbine (4), where part of the energy of the working steam of the turbine (4), combined with the electric generator (5), is converted into electricity, which is spent on maintaining the functionality of the installation or on the electricity needed by the consumer (lighting, household power
25 приборов и др.). Из турбины (4) пары рабочего вещества поступают в конденсатор (6), где происходит конденсация пара за счет теплообменника25 devices, etc.). From the turbine (4), the vapor of the working substance enters the condenser (6), where the condensation of the vapor occurs due to the heat exchanger
(13), в который поступает холодная вода по трубопроводу (14). Затем низкокипящее рабочее вещество попадает во второй замкнутый контур (12) и цикл повторяется, а нагретая горячая вода из теплообменника (13) по зо трубопроводу (15) поступает на нужды потребителю. Кроме того, система содержит четвертый замкнутый циркуляционный контур (18), заполнений высокотемпературной жидкостью, которая циркулирует по контуру при помощи циркуляционного насоса (не показан). В четвертый контур последовательно включены теплоакуммулятор (2) кратковременного 5 хранения тепловой энергии и теплоаккумулятор (19) длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем четвертый контур содержит два теплообменника (20, 21), расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумуляторе (19) длительного хранения тепловой ю энергии. (13) into which cold water enters through pipeline (14). Then the low-boiling working substance enters the second closed circuit (12) and the cycle repeats, and the heated hot water from the heat exchanger (13) through the pipeline (15) is supplied to the consumer's needs. In addition, the system contains a fourth closed circulation circuit (18), filled with a high-temperature liquid that circulates through the circuit using a circulation pump (not shown). The fourth circuit includes successively a heat accumulator (2) for short-term 5 storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid, the fourth circuit containing two heat exchangers (20, 21) located, respectively, in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy.
Для выполнения парогенератором (3) своей функций (выработка пара) температура высокотемпературной жидкости должна составлять 150-200°С.  For the steam generator (3) to perform its functions (steam generation), the temperature of the high-temperature liquid should be 150-200 ° С.
Для выполнения своих функций (накопление тепла) температура высокотемпературной жидкости в теплоакуммуляторе (2) кратковременного 15 хранения тепловой энергии должна составлять 150-200°С, а в теплоаккумуляторе (19) длительного хранения тепловой энергии - 150-250°С.  To perform its functions (heat storage), the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term 15 storage of thermal energy should be 150-200 ° С, and in the heat accumulator (19) for long-term storage of thermal energy - 150-250 ° С.
В случае если температура высокотемпературной жидкости в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии опустится ниже 150°С, включается циркуляционный насос (не показан), 20 который подает горячую высокотемпературную жидкость в теплоакуммулятор (2) кратковременного хранения тепловой энергии из теплоаккумулятора (19) длительного хранения тепловой энергии, тем самым повышая температуру высокотемпературной жидкости в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии до необходимой при 25 помощи теплообмена, происходящем между теплообменником (20) и высокотемпературной жидкостью.  If the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy drops below 150 ° C, a circulation pump (not shown) 20 is turned on, which delivers hot high-temperature liquid to the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy from the heat accumulator (19) for a long time storing thermal energy, thereby increasing the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy to the required value using heat exchange occurring between the heat exchanger (20) and the high temperature fluid.
Если температура высокотемпературной жидкости в теплоакуммуляторе (2) кратковременного хранения тепловой энергии превысит 200°С, включается циркуляционный насос, который подает зо нагретую в теплобменнике (20) горячую высокотемпературную жидкость в теплообменник теплоаккумулятора (21) длительного хранения тепловой энергии. If the temperature of the high-temperature liquid in the heat accumulator (2) for short-term storage of thermal energy exceeds 200 ° C, the circulation pump is turned on, which delivers the hot high-temperature liquid heated in the heat exchanger (20) to heat accumulator heat exchanger (21) for long-term storage of thermal energy.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить автономную солнечную установку, с одновременным увеличением эффективности преобразования солнечной энергии.  Thus, the present invention allows to obtain an autonomous solar installation, while increasing the efficiency of conversion of solar energy.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.  The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other specialists may be obvious to other embodiments of the invention, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Солнечная энергетическая установка, включающая, по меньшей мере, один солнечный коллектор, парогенератор, паровую турбину,1. A solar power plant comprising at least one solar collector, a steam generator, a steam turbine,
5 конденсатор, при этом парогенератор включает функцию теплоаккумулятора кратковременного хранения тепловой энергии и представляет собой сосуд с теплоизоляцией, заполненный высокотемпературной жидкостью, при этом установка включает первый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно ю включены коллектор и парогенератор, причем первый контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе, второй замкнутый циркуляционный контур с низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор, паровая турбина, кинематически соединенная с электрогенератором, и конденсатор, который включает5 a condenser, wherein the steam generator includes the function of a heat storage tank for short-term storage of thermal energy and is a vessel with heat insulation, filled with a high-temperature liquid, the installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a steam generator are connected in series, the first circuit containing a heat exchanger located in the steam generator, a second closed circulation circuit with a low boiling medium, in which The sequence included a steam generator, steam turbine, kinematically connected to an electric generator, and a capacitor which comprises
15 теплообменник, соединенный с трубопроводом для подачи холодной воды и трубопроводом для выхода горячей воды, причем второй контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе. 15 is a heat exchanger connected to a cold water supply pipe and a hot water outlet pipe, the second circuit comprising a heat exchanger located in a steam generator.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит третий замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературной ж идкостью, в 2. Installation according to claim 1, characterized in that it contains a third closed circulation circuit with high temperature fluid, in
20 который последовательно включены парогенератор и теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем третий контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в парогенераторе и теплоаккумуляторе длительного хранения тепловой энергии. 20 which is sequentially connected to a steam generator and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid, the third circuit comprising two heat exchangers located respectively in a steam generator and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy.
25 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного теплоносителя применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей. 25 3. Installation according to claim 1, characterized in that mineral oils and high-temperature salt melts are used as a high-temperature heat carrier.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1 об. %. 4. Installation according to p. 3, characterized in that the high-temperature coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes in an amount of 0.1-1 vol. %
5. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что низкокипящее рабочее 5 вещество представляет собой фреон, этиловый спирт.  5. Installation according to claim 1, characterized in that the low-boiling working substance 5 is freon, ethyl alcohol.
6. Установка по п.п. 1-2, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературной жидкости применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.  6. Installation according to p. 1-2, characterized in that as a high-temperature liquid mineral oils, high-temperature salt melts are used.
7. Установка по п.п. 1-2, отличающаяся тем, что в качестве ю теплообменников применены кожухотрубные теплообменники.  7. Installation according to p. 1-2, characterized in that as the heat exchangers used shell-and-tube heat exchangers.
8. Солнечная энергетическая установка, включающая, по меньшей мере, один коллектор, теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии, парогенератор, паровую турбину, конденсатор, причем теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии заполнен 8. A solar power installation comprising at least one collector, a heat accumulator for short-term storage of thermal energy, a steam generator, a steam turbine, a condenser, wherein the heat accumulator for short-term storage of thermal energy is filled
15 высокотемпературной жидкостью, при этом установка включает первый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературным теплоносителем, в который последовательно включены коллектор и теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии, причем первый контур содержит теплообменник, расположенный в15 by a high-temperature liquid, the installation includes a first closed circulation circuit with a high-temperature coolant, in which a collector and a heat accumulator for short-term storage of thermal energy are sequentially connected, the first circuit containing a heat exchanger located in
20 теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой энергии, второй замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературной жидкостью, в который последовательно включены теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии и парогенератор, причем второй контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе20 a heat accumulator for short-term storage of thermal energy, a second closed circulation circuit with a high-temperature liquid, in which a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a steam generator are sequentially connected, the second circuit comprising two heat exchangers located, respectively, in the heat accumulator
25 кратковременного хранения тепловой энергии и в парогенераторе, заполненном высокотемпературной жидкостью, третий замкнутый циркуляционный контур с низкокипящим рабочим веществом, в который последовательно включены парогенератор, паровая турбина, кинематически соединенная с электрогенератором, и конденсатор, который включает зо теплообменник, соединенный с трубопроводом для подачи холодной воды и трубопроводом для выхода горячей воды, причем третий контур содержит теплообменник, расположенный в парогенераторе. 25 for short-term storage of thermal energy and in a steam generator filled with a high-temperature liquid, a third closed circulation circuit with a low boiling medium, in which a steam generator, a steam turbine kinematically connected to an electric generator, and a condenser that includes a heat exchanger connected to a cold supply pipe water and a pipeline for the exit of hot water, and the third circuit contains a heat exchanger located in the steam generator.
9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что содержит четвертый замкнутый циркуляционный контур с высокотемпературной ж идкостью, в 9. Installation according to claim 8, characterized in that it contains a fourth closed circulation circuit with high temperature fluid, in
5 который последовательно включены теплоакуммулятор кратковременного хранения тепловой энергии и теплоаккумулятор длительного хранения тепловой энергии, заполненный высокотемпературной жидкостью, причем четвертый контур содержит два теплообменника, расположенные, соответственно, в теплоакуммуляторе кратковременного хранения тепловой ю энергии и теплоаккумуляторе длительного хранения тепловой энергии. 5 which is sequentially connected to a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy filled with a high-temperature liquid, the fourth circuit comprising two heat exchangers located, respectively, in a heat accumulator for short-term storage of thermal energy and a heat accumulator for long-term storage of thermal energy.
10. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного теплоносителя применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.  10. Installation according to claim 8, characterized in that mineral oils, high-temperature salt melts are used as a high-temperature coolant.
1 1. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что высокотемпературный 15 теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1 об. %.  1 1. Installation according to claim 8, characterized in that the high-temperature 15 coolant contains an additive in the form of carbon nanotubes in an amount of 0.1-1 vol. %
12. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что низкокипящее рабочее вещество представляет собой фреон, этиловый спирт.  12. Installation according to claim 8, characterized in that the low-boiling working substance is freon, ethyl alcohol.
13. Установка по п.п. 8-9, отличающаяся тем, что в качестве 20 высокотемпературной жидкости применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.  13. Installation according to p. 8-9, characterized in that mineral oils, high-temperature salt melts are used as 20 high-temperature liquids.
14. Установка по п.п. 8-9, отличающаяся тем, что в качестве теплообменников применены кожухотрубные теплообменники.  14. Installation according to p. 8-9, characterized in that shell-and-tube heat exchangers are used as heat exchangers.
25 25
PCT/RU2015/000495 2014-08-29 2015-08-10 Solar power installation (variants) WO2016032369A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135294/06A RU2559093C1 (en) 2014-08-29 2014-08-29 Solar power plant
RU2014135294 2014-08-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016032369A1 true WO2016032369A1 (en) 2016-03-03

Family

ID=53796208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000495 WO2016032369A1 (en) 2014-08-29 2015-08-10 Solar power installation (variants)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2559093C1 (en)
WO (1) WO2016032369A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307479A (en) * 2020-02-14 2020-06-19 中国科学院工程热物理研究所 Performance test system of heat storage equipment taking steam as working medium

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649724C2 (en) * 2015-08-10 2018-04-04 Закрытое Акционерное Общество "Скб" Method of self-contained supply from solar energy
RU2723263C1 (en) * 2019-07-15 2020-06-09 Юрий Максимович Коломеец Solar heat supply system with controlled absorption capacity

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
US6279312B1 (en) * 1997-06-05 2001-08-28 Deutsches Zentrum Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. Gas turbine with solar heated steam injection system
RU2184873C1 (en) * 2000-12-13 2002-07-10 Исачкин Анатолий Федорович Solar power plant

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111422C1 (en) * 1995-03-06 1998-05-20 Энергетический научно-исследовательский институт им.Г.М.Кржижановского Combined solar-electric power plant
RU2249162C1 (en) * 2003-09-25 2005-03-27 Гаврил Захарович Марко Solar steam turbine plant
US8276379B2 (en) * 2009-11-16 2012-10-02 General Electric Company Systems and apparatus relating to solar-thermal power generation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
US6279312B1 (en) * 1997-06-05 2001-08-28 Deutsches Zentrum Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. Gas turbine with solar heated steam injection system
RU2184873C1 (en) * 2000-12-13 2002-07-10 Исачкин Анатолий Федорович Solar power plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307479A (en) * 2020-02-14 2020-06-19 中国科学院工程热物理研究所 Performance test system of heat storage equipment taking steam as working medium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2559093C1 (en) 2015-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chopra et al. Experimental performance evaluation of a novel designed phase change material integrated manifold heat pipe evacuated tube solar collector system
DeLovato et al. A review of heat recovery applications for solar and geothermal power plants
RU2599697C1 (en) Complementary heat energy system using solar energy and biomass
EP2885590A1 (en) Plant for energy production
US20130139807A1 (en) Thermal energy generation system
CA2736418A1 (en) A low temperature solar power system
CN105464914A (en) Direct-expansion solar thermal power generation system based on cascade Rankine cycle
WO2012131860A1 (en) Device using constant volume heater
WO2016032369A1 (en) Solar power installation (variants)
CN102278285A (en) High-temperature heat-accumulating-type new energy utilizing system
EP2871359B1 (en) Auxiliary steam supply system in solar power plants
CN110526317A (en) A kind of solar energy sea water desalination apparatus
CN109028269B (en) Absorption heat pump unit and heat supply system for recycling low-temperature water source waste heat
US11073305B2 (en) Solar energy capture, energy conversion and energy storage system
Zhang et al. An overview of 200 kW solar power plant based on organic Rankine cycle
RU2586034C1 (en) Solar power plant
CN205370873U (en) Formula of directly expanding solar thermal power generation system based on overlapping rankine cycle
CN205714612U (en) The anti-condensation structure of trough type solar power generation and solar parabolic through power generation system
KR20110115196A (en) Power plant system of ocean thermal energy conversion with reheating process
US20120132403A1 (en) Method for the natural-draught cooling of a solar concentration plant
US10060299B2 (en) Thermo-elevation plant and method
KR20130119162A (en) Direct organic rankine cycle power generation system using solar power
CN106014892A (en) Sustainable solar power generation process
RU2184873C1 (en) Solar power plant
Zhao et al. Thermodynamic optimization of the organic Rankine cycle in a concentrating photovoltaic/thermal power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15836222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15836222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1