一种改良的布雷顿光热发电方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种改良的布雷顿光热发电方法，属于太阳能光热发电技术领域。所述方法在常压或微正压环境下进行如下步骤：(1)储热介质从低温罐进入集热装置内；(2)聚集太阳光至所述集热装置内使所述储热介质转变为高温储热介质；(3)所述高温储热介质进入换热器与动力工质换热；(4)换热后的高温动力工质进入涡轮发电机组提供动力发电。基于所述方法，本发明专利技术还提供配套的发电系统。采用本发明专利技术的方法和装置进行发电，具有成本低廉、易于建造维护、效率高、限制少等优点，可实现长期稳定地持续发电，并适用于任何地区，有利于大规模推广。

An improved Bretton photothermal power generation method and system

The invention relates to an improved Brayton photothermal power generation method, belonging to the technical field of solar photothermal power generation. The method performs the following steps under atmospheric or micro-barotropic conditions: (1) the heat storage medium enters the heat collector from the cryogenic tank; (2) gathering sunlight into the heat collector to transform the heat storage medium into the high-temperature heat storage medium; (3) the high-temperature heat storage medium enters the heat exchanger and the power medium for heat transfer; (4) the high-temperature power medium after heat transfer enters the turbine generator set to provide power generation. \u3002 Based on the method, the invention also provides a matching power generation system. The method and device of the invention for power generation have the advantages of low cost, easy construction and maintenance, high efficiency and less restriction, can realize long-term and stable continuous power generation, and is suitable for any region, and is beneficial to large-scale popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种改良的布雷顿光热发电方法和系统
本专利技术涉及太阳能光热发电
，特别是涉及一种改良的布雷顿光热发电方法和系统。
技术介绍
目前现有的发电技术有多种，传统的火力发电是通过燃烧，把化石中储存的能量，转化为热能，再转化为电能。我国火电发电量占全国发电总量的80％以上，火电行业的高能耗、高污染现状使得我国节能减排任务的完成，火电行业成为一个重要突破方向。而太阳能、风能等可再生能源作为应对能源安全和气候变化双重挑战的重要手段，越来越受到人们的重视，各国大力发展以太阳能、风能为基础的新能源。其中利用太阳能发电就是清洁新能源发展的一个重要方向。太阳能发电是利用清洁能源太阳作为能量来源完成电力的提供，二氧化碳等污染排放大大减少，对环境相对清洁友好。常见的太阳能的利用方式有很多种，包括利用太阳能光伏发电、太阳能光热发电、中低温太阳能热利用和太阳能热动力利用等。利用太阳能光伏发电可靠性高，其系统的安装和维护也比较方便，它具有很多优点。其中光伏发电输出为直流电，经逆变器转换为交流电后再实现上网，储电成本高，电池一致性差，能源输出形式单一。受自然资源条件影响较大，具有波动性和间歇性，随机性大，其调节控制困难，比较适合做分布式能源发电供应，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。与光伏发电相比，太阳能光热发电是利用太阳辐射能做热源，再驱动热机循环系统实现发电。太阳能光热发电可配置大规模储热系统，克服了太阳能具有波动性和间歇性的缺点，可储能、可调峰，实现连续发电。更适合建大型电站项目，可通过规模效应实现成本迅速下降，因而可以作为基础电力实现对火电的替代。最早的槽式电站至今已有30多年运营史。根据收集太阳能聚光方式的不同，太阳能热发电技术分为槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔四种形式。根据动力工质以及所采用的动力模式可以区分为朗肯循环(蒸汽朗肯循环动力、有机郎肯循环动力)、布雷顿循环和斯特林循环3种形式。三种循环中斯特林循环热机热能转换效率较高，但技术上不如朗肯循环和布雷顿循环成熟，且斯特林发动机昂贵。太阳能蒸汽朗肯循环热发电是通过数量众多的反射镜，将太阳的直射光聚焦采集，通过加热熔融盐或者其他工作介质，将太阳能转化为热能，然后利用与传统的热力循环一样的过程，即形成高压高温的水蒸气来推动汽轮机发电机组工作，最终将热能转化成为电能。液态熔盐由于热容量大；低粘度、流动性好；低蒸汽压；较宽的工作温度范围；成为太阳能传蓄热应用中良好的热工介质。高温熔融盐储能以它独特的性能优势，成为太阳能蒸汽朗肯循环热发电储能的首选，是太阳能光热发电的核心技术，是实现全天候24小时连续发电的根本基础。和燃煤热发电相比除了热源获取方式和热能存储不同外，其余几乎完全相同，正因为如此，我国基于燃煤电站在系统设计、装备制造等方面具有的较强的市场竞争力，为太阳能热发电的发展奠定了基础。太阳能蒸汽朗肯循环热发电的优点是技术成熟，工况温度高，压力大，能获得较高的热电转换效率。但因采用汽轮机组发电模式，水消耗量大，因此对地理环境、气候条件提出较高要求。目前创新技术改水冷为空气冷却，尽可能减少对水的消耗。但是带来的问题是增大了系统自耗电，同时热电效率也有所降低。布雷顿循环结构比朗肯循环简单，只需要一个转动部件(压气机/发电机/透平)，在循环过程中工质不发生相变，具有更高的可靠性，太阳能丰富的地方通常水资源是缺乏的，而开式布雷顿热机的循环工质是空气，不需要水作为循环工质，具有很好的应用前景。空气布雷顿塔式太阳能发电技术是一种可提供高效清洁电力的太阳能发电技术。其工作原理是经反射镜聚光后的太阳能照射到集热塔上的接收器上，接收器里布置有空气压缩机和空气涡轮机。新进入的空气经过空气压缩机进行压缩，然后被传输至接收器上接受太阳能辐照，压缩后的空气被加热后温度上升至900摄氏度左右，高温热空气通过空气涡轮机膨胀做功，驱动发电机发电。除发电外，可做热冷电联供，余热可用于提供热水、污水净化、农作物干燥、制冷。能够24小时全天候运行，可承担基础负荷，适用于大规模电网供电；又可适用于分布式(如村庄、山矿、工业园等)小规模应用。空气布雷顿塔式太阳能发电技术的系统简单，可调度性好，满足基础负荷或高峰负荷，无需水/汽、熔盐、导热油、只需空气；尤其适合无水或者缺水地区的太阳能热发电发展。布雷顿循环塔式光热发电技术具有效率高、流程短、设备少、用水少的优点，被认为是塔式热发电技术的重要发展方向。传统的塔式布雷顿技术采用空气或二氧化碳作为工质，为达到更高的系统效率，需要将空气在一定压力下至少加热到800℃以上，这对热量接收器提出了极高的技术要求。德国航天局DLR和以色列威茨曼研究院(WIS)针对此研发的腔式接收器采用石英玻璃罩，使腔式接收器保持较好的透光率，又能保持罩内空气的压力。但这种接收器技术也面临一些缺陷，为了保证石英玻璃罩与腔式接收器体在高温下的可靠密封，需对密封面进行水冷。为了防止石英玻璃在1000℃以上易发生的再结晶而变成不透明的问题，还必须采用高纯的石英玻璃。由于耐压的高纯石英玻璃罩的制造技术要求很高，难于大型化，且制造成本高，限制了接收器的规模，也就限制了单个太阳能塔式布雷顿热发电装置的规模。使用WIS技术的以色列AORA公司开发的太阳能塔式布雷顿热发电装置的单机规模因此只有100千瓦。另外，这种腔式接收器在较长期的运转中会发生石英玻璃罩损坏或密封破坏的现象；且难以大规模储热，要实现长期稳定发电，必须采用与化石能源混合发电的方案。这都成为塔式布雷顿技术发展的瓶颈。
技术实现思路
基于本领域存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种无需大量使用水、可在常压条件下运行、降低成本、易于储热、实现长期稳定发电的改良的布雷顿光热发电方法和装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术首先披露了一种改良的布雷顿光热发电方法，它的特点是，在常压或微正压环境下进行如下步骤：(1)储热介质从低温罐进入集热装置内；(2)聚集太阳光至所述集热装置内使所述储热介质转变为高温储热介质；(3)所述高温储热介质进入换热器与动力工质换热；(4)换热后的高温动力工质进入涡轮发电机组提供动力发电。采用本专利技术所提供的方法采集太阳能进行光热发电，与常规的布雷顿方法相比较，集热、储热环节在非高压状态下工作，因此所需的设备也不需要特殊耐高压性能，在常压或微正压条件下进行能量收集及储存即可，降低了对集热、储热装置的材质要求，同时，相应的设计、制造成本与维护运行成本降低；同时，与传统的火力发电和蒸汽朗肯热循环相比，不需要大量的水产生高温高压水蒸汽为发电机产生动力，因此本专利技术的方法也可以在缺水地区推广。本文中的“微正压”具有本领域技术人员通常理解的常规技术含义，通常表示：高于大气压强200-400帕的压强环境。如无特殊说明，本文记载的各项术语、专有词汇，例如，“布雷顿光热发电”、“定日镜”、“槽式定日镜”、“线性涅菲尔式定日镜”、“塔式定日镜”、“熔盐”、“动力工质”、“介质”、“换热器”、“吸收管”、“集热管”、“反射镜”、“曲面镜”、“聚光器”、“集热器”等，都具有本领域技术人员通常理解的技术含义。在一些优选的实施例中，上述步骤还包括，(5)所述高温储热介质换热后成为低温储热介质再重新进入所述集热装置内。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改良的布雷顿光热发电方法，其特征在于，在常压或微正压环境下进行如下步骤：(1)储热介质从低温罐进入集热装置内；(2)聚集太阳光至所述集热装置内使所述储热介质转变为高温储热介质，并被储存在高温热池内；(3)所述高温储热介质从所述高温热池进入换热器与动力工质换热；(4)换热后的高温动力工质进入涡轮发电机组提供动力发电。

【技术特征摘要】
2017.06.29 CN 201710530395X1.一种改良的布雷顿光热发电方法，其特征在于，在常压或微正压环境下进行如下步骤：(1)储热介质从低温罐进入集热装置内；(2)聚集太阳光至所述集热装置内使所述储热介质转变为高温储热介质，并被储存在高温热池内；(3)所述高温储热介质从所述高温热池进入换热器与动力工质换热；(4)换热后的高温动力工质进入涡轮发电机组提供动力发电。2.根据权利要求1所述的布雷顿光热发电方法，其特征在于，所述步骤还包括，(5)所述高温储热介质换热后成为低温储热介质再重新进入所述低温罐内。3.根据权利要求1所述的布雷顿光热发电方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述高温储热介质在进入换热器之前，一部分高温储热介质进入换热器与动力工质换热，另一部分则留存在所述高温热池内，用于太阳光不足时持续提供热量。4.根据权利要求1或2所述的布雷顿光热发电方法，其特征在于，以所述步骤(1)至(5)为一轮热循环，进行多轮热循环为涡轮发电机组持续提供动力发电。5.根据权利要求1-4任一所述的布雷顿光热发电方法，其特征在于，所述动力工质包括但不限于以下：空气、氦气、氮气、二氧化碳、烷烃类有机工质。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾智勇，崔小敏，李珂，
申请(专利权)人：深圳市爱能森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44