基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，包括聚光集热子系统和布雷顿循环发电系统；其中聚光集热子系统包括碟式聚光镜和接收器；布雷顿循环发电系统包括燃烧室、燃气轮机、回热器、压气机以及发电机；碟式聚光镜聚焦太阳光到接收器上，接收器将光能转化为热能与回热器和燃烧室相连接，燃气轮机与燃烧室和回热器连接，并与压气机和发电机同轴。所述碟式聚光镜为旋转抛物面，采用背部镀银的曲面玻璃制成，用于将太阳光聚焦到接收器上。本发明专利技术实现了布雷顿循环在碟式太阳能热发电系统的应用，大大节省了用水量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能系统，特别是基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统。
技术介绍
太阳能热发电主要包括槽式、塔式、碟式系统，碟式太阳能光热发电系统的技术成熟度低于槽式和塔式。但由于其刚刚开始起步,因而其发展潜力也是远远大于槽式和塔式系统。而且碟式太阳能发电系统的效率与使用灵活性都要高于槽式系统和塔式系统，最高光电转换效率可达29.4％，并且碟式聚光器可以通过标准化规模化生产大大降低成本。碟式系统中一般采用布雷顿或斯特林循环。碟式斯特林系统将斯特林机安装在碟式镜的焦点附近，体积大重量大，运行风险高，修理比较困难。布雷顿循环结构简单，以空气为介质不发生相变，节省水资源，具有更高的可靠性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，包括聚光集热子系统和布雷顿循环发电系统；其中聚光集热子系统包括碟式聚光镜和接收器；布雷顿循环发电系统包括燃烧室、燃气轮机、回热器、压气机以及发电机；碟式聚光镜聚焦太阳光到接收器上，接收器将光能转化为热能与回热器和燃烧室相连接，燃气轮机与燃烧室和回热器连接，并与压气机和发电机同轴。所述碟式聚光镜为旋转抛物面，采用背部镀银的曲面玻璃制成，用于将太阳光聚焦到接收器上。所述接收器始终处于聚光镜的焦点处，接收器采用热管式接收器，接收器出口导管为软管。所述碟式聚光镜为大型碟式聚光镜，大型碟式聚光镜与接收器分离，对大型碟式聚光镜进行追踪，同时将接收器放置在活动支架上控制接收器移动，使接收器始终处于焦点处。所述碟式聚光镜包括一组小型碟式镜和一个大型碟式聚光镜，小型碟式镜利用跟踪装置反射太阳光至固定的大型碟式聚光镜上，大型碟式聚光镜再汇聚光线至焦点处固定的接收器。所述碟式聚光镜包括一组小型碟式镜和一个大型碟式聚光镜，大型碟式聚光镜跟踪太阳反射太阳光至一组共焦的小型碟式镜上，小型碟式镜再汇聚光线至焦点处固定的接收器上。所述布雷顿循环发电系统，空气经压气机绝热压缩后直接进入回热器被燃气轮机的高温排气加热，同时进入接收器再次加热后高温高压工质进入燃气轮机绝热做功，带动同轴的发电机发电，在没有光照及阴雨天气时，利用天然气在燃烧室(3)燃烧加热空气后进入燃气轮机。本专利技术实现了连续稳定发电，降低成本，提高发电效率。本系统采用碟式太阳能为热源，天然气补燃，因此可以连续稳定发电，效率高于塔式槽式式系统。相对于塔式系统，其定日镜占地面积大，焦距长，热损失大，且无法标准化生产，从而增加了成本。定日镜的投资大于整个投资的50％。碟式聚光器可以通过标准化规模化生产大大降低成本。本专利技术实现了大型碟式镜与接收器分离，减少了支撑结构强度要求，提高了系统平衡性和抗风性能。通常传统的碟式发电系统接收器都与碟盘相连接，安装在碟式聚光镜的焦点处，由于此系统较大，会引起连接支架弯曲变形，使接收器很难保持在焦点处。因此，采用碟盘与接收器分离十分必要。本专利技术实现了单个碟式太阳能发电系统容量的增大。当前常用的碟式斯特林热发电系统通常将斯特林机安装在碟式镜的焦点附近，由于体积大重量大，大大增加了追日时的系统能耗，降低了系统的平衡性和抗风性能。并且在碟式太阳能发电系统中很难做到很大，25kw的单个发电系统已达到上限。采用布雷顿循环，并且将接收器与碟式镜分离的技术可以增大系统的容量本专利技术实现了布雷顿循环在碟式太阳能热发电系统的应用，避免了斯特林热机与接收器直接耦合的复杂性，及斯特林热机成本高寿命低的缺点，大大节省了用水量。碟式太阳能斯特林机发电系统中，吸热器内直接流动斯特林机吸热工质，一旦破损，修理比较困难。制造成本高，运行寿命低，与其活塞润滑方式有直接关系。布雷顿循环结构简单，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，从而节省了用水量。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本专利技术总体结构示意图。图2为实施例1结构示意图。图3为实施例2结构示意图。图4为实施例3结构示意图。具体实施方式下面结合附图来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。参照附图1，本专利技术提供的一种基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，该系统包括：聚光镜1、接收器2、燃烧室3、燃气轮机4、回热器5、压气机6、发电机7。上述碟式聚光集热子系统中聚光镜1利用跟踪技术将太阳光反射汇聚到接收器2上。聚光镜1截面为抛物面，由背部镀银的曲面玻璃制成。接收器2为热管式接收器，工作介质为碱金属钠，在高温条件下具有很低的饱和蒸汽压力和较高的汽化潜热。关于碟式聚光镜1与接收器2的连接方式选择三个实施案例之一。实施例一：参照附图2，大型碟式聚光镜11与接收器2分离，采用跟踪装置对大型碟式聚光镜11进行追踪，其跟踪方式为极轴跟踪，可以减小太阳高度角的影响，提高聚光集热效率，采用闭环控制。同时将接收器2放置在活动支架上利用跟踪控制装置控制接收器2移动，使接收器2始终处于焦点处。实施例二：照附图3，小型碟式镜12若干，图中画出两个示意光路图。在每个小型碟式镜12上设置有电子控制传感器装置,通过跟踪控制装置对太阳能控制，伺服电机带动小型碟式镜12转动并将接受的太阳光反射至大型碟式聚光镜11，大型碟式聚光镜11汇聚光线至焦点处固定的接收器2。实施例三：参照附图4，小型碟式镜12若干，图中画出两个示意光路图。对大型碟式聚光镜11进行跟踪，跟踪系统采用开环的程序跟踪和闭环的光电跟踪相结合的混合跟踪方式。利用传感器的反馈信息对聚光器的位置进行及时调整，保证系统在任何天气条件下都可以稳定运行。大型碟式聚光镜11聚焦太阳光反射太阳光至若干共焦的小型碟式镜上12，小型碟式镜12再汇聚光线至焦点处固定的接收器2上。上述布雷顿循环发电装置中，以空气为介质，经压气机6压缩后在回热器5中被燃气轮机4的排气加热，后进入接收器2再热后在燃气轮机4中膨胀做功，带动同轴的发电机7发电，做功后的排气进入回热器5，在没有光照及阴雨天气时，利用天然气在燃烧室3燃烧加热空气后进入燃气轮机。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，其特征在于，包括聚光集热子系统和布雷顿循环发电系统；其中聚光集热子系统包括碟式聚光镜(1)和接收器(2)；布雷顿循环发电系统包括燃烧室(3)、燃气轮机(4)、回热器(5)、压气机(6)以及发电机(7)；碟式聚光镜(1)聚焦太阳光到接收器(2)上，接收器(2)将光能转化为热能与回热器(5)和燃烧室(3)相连接，燃气轮机(4)与燃烧室(3)和回热器(5)连接，并与压气机(6)和发电机(7)同轴。

【技术特征摘要】
1.基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，其特征在于，包括聚光集热子
系统和布雷顿循环发电系统；
其中聚光集热子系统包括碟式聚光镜(1)和接收器(2)；
布雷顿循环发电系统包括燃烧室(3)、燃气轮机(4)、回热器(5)、压气机(6)以及
发电机(7)；
碟式聚光镜(1)聚焦太阳光到接收器(2)上，接收器(2)将光能转化为热能与回热
器(5)和燃烧室(3)相连接，燃气轮机(4)与燃烧室(3)和回热器(5)连接，并
与压气机(6)和发电机(7)同轴。
2.根据权利要求1所述的基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，其特征
在于，所述碟式聚光镜(1)为旋转抛物面，采用背部镀银的曲面玻璃制成，用于将太
阳光聚焦到接收器(2)上。
3.根据权利要求1所述的基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，其特征
在于，所述接收器(2)始终处于聚光镜(1)的焦点处，接收器(2)采用热管式接收
器，接收器(2)出口导管为软管。
4.根据权利要求1所述的基于布雷顿循环的大型碟式太阳能热发电系统，其特征
在于，所述碟式聚光镜(1)为大型碟式聚光镜(11)，大型碟式聚光镜(11)与接收
器(2)分离，对大型碟式聚光镜(11)进行追踪，同时将接收器(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，邴旖旎，刘婷婷，蒋川，周元兴，黄秀勇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32