一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站制造技术

本发明专利技术提供了一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，包括由聚光集热装置、热段储罐、热段铅铋泵、冷段储罐、冷段铅铋泵、蒸汽发生器组成的液态铅铋传热和蓄热系统，以及由蒸汽发生器、汽轮机组、发电机、冷凝器和给水泵组成的蒸汽发电系统；所述液态铅铋传热和储热系统，液态铅铋从冷段储罐流入聚光集热装置，经加热后流入热段储罐，再进入蒸汽发生器加热工质，同时将多余热能储存在热段储罐中；所述蒸汽发电系统，蒸汽发生器中产生超临界蒸汽推动汽轮机组做功将热能转换为动能，发电机再将动能转换为电能。本发明专利技术采用液态铅铋共同作为传热和储热介质，简化了传热和储热系统设计，提高了系统可靠性和电站的总体热电效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能发电
，具体涉及一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站。
技术介绍
随着化石能源短缺、环境污染等问题日益严峻，可再生能源和清洁能源的使用成为全球普遍关注的课题。太阳能具有资源丰富、可再生和清洁不污染的特点，具有广阔发展前景。太阳能发电技术，主要分为太阳能光伏发电和太阳能光热发电两大类。太阳能光伏发电是利用多晶硅电池直接将光能转换为电能的技术，但是光伏电池存在二次污染问题，不适合建设大规模电站；太阳能光热发电作为完全清洁的发电方式，适合大规模应用。随着大规模太阳能光热发电技术的开发，太阳能电站系统逐渐向高参数、高效率的方向发展。目前太阳能光热发电系统中，使用的介质主要有空气、水、导热油和熔盐：有的光热发电系统采用太阳光加热气体或水，产生的部分高温气体或蒸气直接进入汽轮机做功，多余的高温气体或蒸气通过换热器加热导热油或熔盐，储存在储热系统中。白天产生的高温气体或蒸汽，可以是超临界气体或蒸汽，使光热发电系统获得很高的热电效率；但是气体和水的使用压力高，而太阳能光热转换系统和发电系统之间相隔较远，影响系统的安全性。同时，由于热量损失和传热温差的影响，储热系统中的导热油或熔盐的温度较低，使发电系统在夜晚时无法产生超临界气体或蒸汽，影响了热电效率。有的光热发电系统采用导热油或熔盐作为传热或储热介质，再由传热或储热介质加热给水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机做功。目前亚临界机组蒸汽温度高达538℃，超临界机组蒸汽温度高达566℃，超超临界机组蒸汽温度超过600℃。但是导热油最高使用温度不超过400℃，Solar Salt作为太阳能发电用熔盐的最佳选择，其凝固点高达220℃且温度上限不超过600℃，都限制了太阳能发电系统向更高参数、更高效率发展。而且导热油存在失火风险，Solar Salt存在冻堵风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：提出一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，解决现有太阳能光热电站采用空气和水蒸气作为传热介质时传热系数低、系统压力高，导热油和熔盐作为传热或储热介质时最高使用温度受限等问题，提高太阳能光热发电系统的效率和可靠性。本专利技术所需要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，包括聚光集热装置、热段储罐、热段铅铋泵、冷段储罐、冷段铅铋泵、蒸汽发生器、汽轮机组、发电机、冷凝器和给水泵；其中，所述的聚光集热装置、热段储罐、热段铅铋泵、冷段储罐、冷段铅铋泵、蒸汽发生器组成传热和储热系统；液态铅铋同时作为传热和储热介质，将聚光集热装置内聚集转换的热能吸收，流入热段储罐将热能储存，热段铅铋泵驱动液态铅铋进入蒸汽发生器将热能传递向给水，再流入冷段储罐，最终通过冷段铅铋泵驱动流回聚光集热装置；所述的汽轮机组、发电机、冷凝器和给水泵组成蒸汽发电系统；蒸汽发生器内给水通过高温液态铅铋加热，产生的超临界蒸汽推动汽轮机组做功将热能转换为动能，发电机再将动能转换为电能，流出汽轮机组的蒸汽通过冷凝器冷却为冷凝水，冷凝水通过给水泵驱动再次进入蒸汽发生器。其中，所述的热段储罐内设置有液态铅铋氧控装置，所述的冷段储罐内设置有液态铅铋氧控和纯化装置，保证传热系统和储热系统内液态铅铋的质量。其中，所述的液态铅铋传热和储热系统均采用液态铅铋作为介质，其工作温度超过600℃；所述的蒸汽发生器内产生参数超过24.2MPa/566℃的超临界蒸汽，或参数超过25MPa/600℃的超超临界蒸汽。其中，所述的聚光集热装置可以根据不同需求，采用蝶式、槽式或者塔式等不同聚光方式。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，采用液态铅铋作为传热和储热介质，简化了传热和储热系统设计，且常压运行提高了系统可靠性；此外，采用液态铅铋共同作为传热和储热介质，使本专利技术在各种太阳辐射情况下均能产生超临界蒸汽，提高了电站的总体热电效率。附图说明图1为本专利技术一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站的流程图；其中：1为聚光集热装置，2为热段储罐，3为热段铅铋泵，4为冷段储罐，5为冷段铅铋泵，6为蒸汽发生器，7为汽轮机，8为发电机，9为冷凝，10为给水泵。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创作特征与达到效果易于明白了解，下面结合附图与具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的其他实施例，都属于本专利的保护范围。如图1所示，一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，包括由聚光集热装置1、热段储罐2、热段铅铋泵3、冷段储罐4、冷段铅铋泵5、蒸汽发生器6组成的液态铅铋传热和蓄热系统，以及由汽轮机组7、发电机8、冷凝器9和给水泵10组成的蒸汽发电系统。聚光集热装置1采用塔式聚光的方式，将液态铅铋加热至600℃以上，然后输送入热段储罐2内，将热能储存起来。根据太阳辐射强度变化，由冷段储罐4进入聚光集热装置1的液态铅铋流量通过冷段铅铋泵5进行变频调节。液态铅铋在热段储罐2内充分混合后，通过热段铅铋泵3驱动进入蒸汽发生器6内，与二次侧给水换热后，再流回到冷段储罐4中。铅铋流量随负荷变化而变化，使蒸汽产量和汽轮机功率与用电需求相匹配，保证电功率有效而平稳的输出。热段储罐2内设置有液态铅铋氧控装置，所述的冷段储罐4内设置有液态铅铋氧控和纯化装置，保证传热系统和储热系统内液态铅铋的质量。液态铅铋采用上进下出的方式流经热段储罐2和冷段储罐4，使罐内液态铅铋整体流动起来，提高氧控和纯化的效率。蒸汽发电系统采用超临界机组，蒸汽发生器6内产生的蒸汽是超临界蒸汽，蒸汽压力24.2MPa，蒸汽温度566℃。蒸汽发生器6为立式管壳型，换热管采用刺刀管或者螺旋管结构，消除液态铅铋和水/蒸汽介质之间的轴向温差应力。蒸汽发生器6为直流式蒸汽发生器，液态铅铋走壳程，水/蒸汽走管程，产生的超临界蒸汽进入汽轮机组7内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，其特征在于：包括聚光集热装置(1)、热段储罐(2)、热段铅铋泵(3)、冷段储罐(4)、冷段铅铋泵(5)、蒸汽发生器(6)、汽轮机组(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和给水泵(10)；其中，所述的聚光集热装置(1)、热段储罐(2)、热段铅铋泵(3)、冷段储罐(4)、冷段铅铋泵(5)、蒸汽发生器(6)组成传热和储热系统；液态铅铋同时作为传热和储热介质，将聚光集热装置(1)内聚集转换的热能吸收，流入热段储罐(2)将热能储存，热段铅铋泵(3)驱动液态铅铋进入蒸汽发生器(6)将热能传递向给水，再流入冷段储罐(4)，最终通过冷段铅铋泵(5)驱动流回聚光集热装置(1)；所述的汽轮机组(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和给水泵(10)组成蒸汽发电系统；蒸汽发生器(6)内给水通过高温液态铅铋加热，产生的超临界蒸汽推动汽轮机组(7)做功将热能转换为动能，发电机(8)再将动能转换为电能，流出汽轮机组(7)的蒸汽通过冷凝器(9)冷却为冷凝水，冷凝水通过给水泵(10)驱动再次进入蒸汽发生器(6)。

【技术特征摘要】
1.一种采用液态铅铋传热和储热的超临界太阳能电站，其特征在于：包括聚光集热装置(1)、热段储罐(2)、热段铅铋泵(3)、冷段储罐(4)、冷段铅铋泵(5)、蒸汽发生器(6)、汽轮机组(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和给水泵(10)；其中，所述的聚光集热装置(1)、热段储罐(2)、热段铅铋泵(3)、冷段储罐(4)、冷段铅铋泵(5)、蒸汽发生器(6)组成传热和储热系统；液态铅铋同时作为传热和储热介质，将聚光集热装置(1)内聚集转换的热能吸收，流入热段储罐(2)将热能储存，热段铅铋泵(3)驱动液态铅铋进入蒸汽发生器(6)将热能传递向给水，再流入冷段储罐(4)，最终通过冷段铅铋泵(5)驱动流回聚光集热装置(1)；所述的汽轮机组(7)、发电机(8)、冷凝器(9)和给水泵(10)组成蒸汽发电系统；蒸汽发生器(6)内给水通过高温液态铅铋加热，产生的超临界蒸汽推动汽轮机组(7)做功将热能转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，吴宜灿，黄群英，李阳，朱志强，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34