一种太阳能储能集热器及太阳能集热系统技术方案

本发明专利技术提供的一种带有储能功能的新型太阳能集热器和新型太阳能集热系统，尤其是采用固体蓄能材料进行储能，大大简化传统太阳能光热发电的系统构成，会把光热发电系统中的传热工质的使用温度，直接提升至700摄氏度以上，至少提升发电效率在10％以上。将为超临界二氧化碳太阳能光热发电系统解决了高温储能和高温热源的问题，为即将到来的超临界二氧化碳太阳能光热发电的普及，提供了一个完善的解决方案。而本发明专利技术用到的固体蓄能材料，其蓄能密度极高，是一种无腐蚀性、无毒、性能稳定的优质蓄能材料，最高耐温能达1000多摄氏度，其在放热的过程中，温度几乎恒定在700多摄氏度，这对发电机的热电转化效率和系统稳定性将有很大的帮助。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光热利用
，尤其涉及一种太阳能储能集热器及太阳能集热系统的技术。
技术介绍
一方面人类能源消费水平不断提高，另一方面常规化石能源日益枯竭，而且常规化石能源伴随的污染物排放问题日益不能满足人们对于未来能源的需求。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型清洁能源，正越来越得到人们的重视，针对太阳能的开发工作正在日益取得进展。目前比较流行的太阳能发电主要分为光伏发电和太阳能光热发电两种形式。其中光伏发电采用太阳能电池板或电池薄膜接收太阳光，并直接将光能转化成电能，但是在发电效率和电池寿命方面存在很大不足。按现有的技术分，太阳能光热发电则可分为槽式太阳能热发电、蝶式太阳能发电和塔式太阳能集热发电。槽式太阳能热发电由于聚光比不高，产生的蒸汽温度较低，因此发电效率受到制约。蝶式太阳能发电则由多个分散的小型聚光发电装置组成，单机功率小，同样不利于整体发电效率的提高。而塔式太阳能集热发电则是采用众多的反射器，将大面积的太阳光线聚集在一个吸热器上，因此可以得到很高的温度，使发电系统蒸汽初温提高，得到较高的发电效率。但是，对于现有技术的塔式发电系统来说，有以下一个因素制约了其发展：1，系统结构复杂、初期投资大、建造周期长；2，现有塔式光热发电系统中，所采用的储能材料都是熔盐，目前在用的熔盐，其使用的上限温度为560摄氏度，往上提温会造成熔盐的分解，对系统及熔盐本身造成很大的危害。3，熔盐储能材料易于冻结，一旦冻结造成系统很大的伤害；4，熔盐储能材料有一定的腐蚀性且储能密度不大。综上所述，目前的塔式光热发电，虽然聚光比高，但是局限于储能材料的限制，其传热工质的工作温度还是会降到560°以下，对于发电效率有很大的影响，如果还走传统的技术路线，那么塔式光热发电的潜力就有限。而一项新型技术“超临界二氧化碳发电机组”用到光热发电中，将是未来光热发电的出路，超临界CO2发电机组具有优良的特性，主要表现在：其功率密度高，体积小，一般为蒸汽轮机的1/20～1/30，10兆瓦规模的设备仅4到6立方米；其成本低，初始投资比蒸汽轮机低30％～40％；比燃气轮机低20％；其热效率高，最高可达55％；其结构简单，零部件数量少；其工作温度低(与燃气轮机相比)，成本低；其属于外燃机，可以使用多种燃料，能源安全性高；由于超临界CO2循环的简洁性，其可以作为联合循环的底循环；由于超临界二氧化碳循环属于单相循环(布雷顿循环)，没有相变过程，不使用凝汽器，所使用的阀的数量，只有朗肯循环的十分之一；可以使用常规的不锈钢材料，制造成本低。超临界二氧化碳发电机组除了体积小、重量轻之外，还可以不用水，适合荒漠缺水地区的应用，是太阳能光热发电的理想选择，使用CO2做工质时，不存在工质冻结的问题，管路上不用电伴热，施工简单，并可显著降低成本。2011年，美国宣布研发出一种新的超临界二氧化碳布雷顿循环涡轮机，其高效率、无污染、体积小等特性，成为世界热机循环发电技术的标杆，这种新窝轮机可将热电转换效率提高多达50％(一般只有三成多)。由于现有储能技术的局限，目前的光热发电的技术很难把超临界二氧化碳加热到700°以上，且传统塔式加储能的系统过于复杂，超临界二氧化碳在系统管路里的输送阻力将是非常大，也会影响该新型技术在塔式光热发电中的应用。所以，开发新型高效率且能储能的集热器和高效率的太阳能集热系统，对于降低光热发电造价和提高电厂可靠性以及将来普及超临界二氧化碳太阳能发电系统都具有重要战略意义。要将太阳能光热发电实现大规模产业化，最关键还是在技术方面的突破，在聚热方式上要有技术创新、技术突破，需要一次变革性的技术，来推动实实在在的能源技术革命。
技术实现思路
(一)解决的技术问题1，要解决现有的太阳能塔式光热发电系统结构过于复杂、初期投资大、建造周期长的问题；2，要解决现有的太阳能塔式光热发电的储能材料的各方面缺陷；3，要解决现有太阳能塔式光热发电系统中的集热器和储能材料的一体化问题；4，要解决塔式光热发电系统不需要水的问题。现实中，光热资源比较丰富的地区都在沙漠和戈壁滩等水资源匮乏的地区，有的地方水比油贵；所以，不用水的塔式光热发电系统将很有潜力。5，要解决如何把传热工质的工作温度轻易的加热到700摄氏度以上的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术采用了下列技术方案：方案一：一种太阳能储能集热器，包括储能集热器，所述的储能集热器整体呈一柱体状，包括：换热腔体、受热体、蓄能体、热管、蓄能材料、隔热层、活动保温盖，其特征在于：换热腔体，该换热腔体设置在储能集热器的底端，其上设置有流体出口和流体进口；受热体，该受热体设置在储能集热器的顶端，包括一个受热面，用于接收来自反射镜聚焦的光热；蓄能体，该蓄能体设置在所述的换热腔体和受热体之间，用于储存热量；热管，该若干热管贯穿所述的蓄能体后，其散热段处在换热腔体内，其吸热段则处在受热体内或与其连为一体；蓄能材料，该蓄能材料设置在蓄能体内，且把处在其内的热管紧密包裹住；隔热层，该隔热层设置在除受热体上的受热面、流体出口及流体进口外的所有外表面上；活动保温盖，该活动保温盖可以根据需要覆盖在所述的受热面上，形成对裸露的受热面的隔热保温作用，且可以通过远程控制其开合。通常，换热腔体是一种由热管提供热源的一种换热器，其内部换热结构可以有多种类似于传统的各种换热器结构，比如管式换热器、螺旋形板式换热器等等，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些描述，设计出不同类型结构的换热腔体，并不代表就越过本技术的权限。本设计中的热管，是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝专利技术的，配方及热管制造方法见专利号(01120356.0)。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。方案二：一种太阳能储能集热器，包括储能集热器，所述的储能集热器整体呈一柱体状，包括：换热腔体、受热体、蓄能体、热管、蓄能材料、隔热层、活动保温盖，其特征在于：换热腔体，该换热腔体设置在受热体和蓄能体之间，其外侧上设置有流体出口和流体进口；受热体，该受热体设置在储能集热器的顶端，包括一个受热面，用于接收来自反射镜聚焦的光热；蓄能体，该蓄能体设置在储能集热器的底端，用于储存热量；热管，该若干热管贯穿所述的蓄能体和换热腔体内，其吸热段则处在受热体内或与其连为一体；蓄能材料，该蓄能材料设置在蓄能体内，且把处在其内的热管紧密包裹住；隔热层，该隔热层设置在除受热体上的受热面、流体出口及流体进口外的所有外表面上；活动保温盖，该活动保温盖可以根据需要覆盖在所述的受热面上，形成对裸露的受热面的隔热保温作用，且可以通过远程控制其开合。通常，活动保温盖在夜晚来临的时候，开始关闭，以防热量散失，这时候发电机的能量由蓄能材料源源不断的供应。同时，由于储能集热器处在塔身的顶端，其开合的动作设计成远程集中控制。在上述的一种太阳能储能集热器，其特征在于，所述的换热腔体由一块钢板卷制成一个单螺旋形流道，并在单螺旋形流道的两端各焊接有上盖板和下盖板后，形成一个可供流体通过的单螺旋流道，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能储能集热器，包括储能集热器(1)，所述的储能集热器(1)整体呈一柱体状，包括：换热腔体(2)、受热体(3)、蓄能体(4)、热管(5)、蓄能材料(6)、隔热层(7)、活动保温盖(8)，其特征在于：换热腔体(2)，该换热腔体(2)设置在储能集热器(1)的底端，其上设置有流体出口(20)和流体进口(21)；受热体(3)，该受热体(3)设置在储能集热器(1)的顶端，包括一个受热面(30)，用于接收来自反射镜聚焦的光热；蓄能体(4)，该蓄能体(4)设置在所述的换热腔体(2)和受热体(3)之间，用于储存热量；热管(5)，该若干热管(5)贯穿所述的蓄能体(4)后，其散热段(51)处在换热腔体(2)内，其吸热段(50)则处在受热体(3)内或与其连为一体；蓄能材料(6)，该蓄能材料(6)设置在蓄能体(4)内，且把处在其内的热管(5)紧密包裹住；隔热层(7)，该隔热层(7)设置在除受热体(3)上的受热面(30)、流体出口(20)及流体进口(21)外的所有外表面上；活动保温盖(8)，该活动保温盖(8)可以根据需要覆盖在所述的受热面(30)上，形成对裸露的受热面(30)的隔热保温作用，且可以通过远程控制其开合，在受热面(30)接受光热时是打开的。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能储能集热器，包括储能集热器(1)，所述的储能集热器(1)整体呈一柱体状，包括：换热腔体(2)、受热体(3)、蓄能体(4)、热管(5)、蓄能材料(6)、隔热层(7)、活动保温盖(8)，其特征在于：换热腔体(2)，该换热腔体(2)设置在储能集热器(1)的底端，其上设置有流体出口(20)和流体进口(21)；受热体(3)，该受热体(3)设置在储能集热器(1)的顶端，包括一个受热面(30)，用于接收来自反射镜聚焦的光热；蓄能体(4)，该蓄能体(4)设置在所述的换热腔体(2)和受热体(3)之间，用于储存热量；热管(5)，该若干热管(5)贯穿所述的蓄能体(4)后，其散热段(51)处在换热腔体(2)内，其吸热段(50)则处在受热体(3)内或与其连为一体；蓄能材料(6)，该蓄能材料(6)设置在蓄能体(4)内，且把处在其内的热管(5)紧密包裹住；隔热层(7)，该隔热层(7)设置在除受热体(3)上的受热面(30)、流体出口(20)及流体进口(21)外的所有外表面上；活动保温盖(8)，该活动保温盖(8)可以根据需要覆盖在所述的受热面(30)上，形成对裸露的受热面(30)的隔热保温作用，且可以通过远程控制其开合，在受热面(30)接受光热时是打开的。2.一种太阳能储能集热器，包括储能集热器(1)，所述的储能集热器(1)整体呈一柱体状，包括：换热腔体(2)、受热体(3)、蓄能体(4)、热管(5)、蓄能材料(6)、隔热层(7)、活动保温盖(8)，其特征在于：换热腔体(2)，该换热腔体(2)设置在受热体(3)和蓄能体(4)之间，其外侧上设置有流体出口(20)和流体进口(21)；受热体(3)，该受热体(3)设置在储能集热器(1)的顶端，包括一个受热面(30)，用于接收来自反射镜聚焦的光热；蓄能体(4)，该蓄能体(4)设置在储能集热器(1)的底端，用于储存热量；热管(5)，该若干热管(5)贯穿所述的换热腔体(2)和蓄能体(4)本体后，其吸热段(50)则处在受热体(3)内或与其连为一体；蓄能材料(6)，该蓄能材料(6)设置在蓄能体(4)内，且把处在其内的热管(5)紧密包裹住；隔热层(7)，该隔热层(7)设置在除受热体(3)上的受热面(30)、流体出口(20)及流体进口(21)外的所有外表面上；活动保温盖(8)，该活动保温盖(8)可以根据需要覆盖在所述的受热面(30)上，形成对裸露的受热面(30)的隔热保温作用，且可以通过远程控制其开合，在受热面(30)接受光热时是打开的。3.根据权利要求1所述的一种太阳能储能集热器，其特征在于，所述的换热腔体(2)由一块钢板卷制成一个单螺旋形流道，并在单螺旋形流道的两端各焊接有上盖板(22)和下盖板(23)后，形成一个可供流体通过的单螺旋流道(24)，所述的单螺旋流道(24)的一端连接所述的流体出口(20)，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：李增清，李渊，
申请(专利权)人：李渊，
类型：发明
国别省市：浙江;33