带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统技术方案

本发明专利技术涉及太阳能热发电技术领域，公开了一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统，其中，光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能；动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。利用本发明专利技术，不但解决了蒸汽蓄存困难的问题，而且克服了以往以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电方案中的汽轮机运行受太阳辐射不稳定、不连续影响的困难。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能热发电
，尤其涉及一种带有双级蓄热的塔 式太阳能热发电系统。
技术介绍
目前，太阳能热发电技术已得到广泛应用。通常使用的太阳能热发电 技术的系统种类和系统特征概述如下1、 抛物槽式太阳能热发电系统抛物槽式太阳能热发电系统是利用槽式抛物面反射镜达到聚光要求 的太阳能热发电形式，槽式抛物面对太阳多进行一维跟踪，其聚光比在40 80之间，集热工质的温度一般低于40(TC。系统通常由聚光集热装置、 蓄热装置、发电装置或/和辅助能源装置(如锅炉)等组成。抛物槽式太阳 能热发电系统目前普遍采用导热油作为集热工质，低温导热油经油泵被送 入到太阳能集热管，被加热到39(TC左右，成为高温导热油，高温导热油 依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳 能传递到蒸汽循环中，产生37(TC左右的过热蒸汽，进入汽轮机中做功。 通常，系统中导热油回路和蒸汽回路解耦运行。抛物槽式太阳能热发电系统在美国已经具有大规模商业化运行的经 验，目前的主要障碍是集热工质温度不高，动力子系统的热效率偏低；同 时，蓄热子系统主要以价格昂贵的导热油为作为集热、蓄热工质，初投资 较大，约占系统总投资的25%左右。由于几何聚光比的制约，单纯的抛物 槽式太阳能热发电系统进一步提高性能、降低发电成本的难度较大。2、 塔式太阳能热发电系统塔式太阳热发电系统也称为集中式太阳能热发电系统。系统聚光装置 的聚光比通常在200 700之间，系统最高运行温度可达到1500°C。塔式 太阳能热发电系统通常由定日镜、吸热器、蓄热装置、蒸汽产生装置以及热动装置等部件组成。为最大限度的捕捉到太阳辐射，定日镜通常采用双 轴跟踪装置。经定日镜反射的太阳辐射聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热 器中的热传输工质；蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，输出电能；蓄热装置把富余部分的太阳能以热的形式储存起来，以平衡系统能量供需，延长太阳能热发电系统的运行时间。塔式太阳能热发电系统在20世纪80年代后备受世人关注。目前，在 世界范围内有多座示范电站正在运行或建设中。与抛物槽式太阳能热发电 系统相比，塔式太阳能热发电系统的集热温度更高，易生产高参数蒸汽， 热动装置的效率相应提高。目前，吸热器中的热传输工质通常采用蒸汽、 熔盐和空气三种形式。当吸热工质为蒸汽时，吸热器的设计成熟，系统运 行的安全性提高，但由于蒸汽的热量难以储存， 一般采用蒸汽直接进入汽 轮机做功的方式，此时汽轮机的运行受太阳辐射不稳定、不连续性的影响； 当吸热工质为熔盐时，虽解决了高温热量储存的难题，但熔盐在 20(TC 30(TC时会发生凝结，当没有太阳能输入时，熔盐在吸热器中易发 生凝结。目前，熔盐工质的存储、输运和蒸汽发生技术仍不成熟，处于研 究探索阶段；当吸热工质为空气时，由于空气比热小，吸热器体积庞大， 自耗电比例增大，系统难于大型化。为减小空气的流量，吸热器出口的空 气温度相应提高，这对吸热器材料提出了更高的要求，系统运行的安全性 降低。3、碟式太阳能热发电系统碟式太阳能热发电系统以单个旋转抛物面反射镜为基础，构成一个完 整的聚光、集热和发电单元。采用双轴跟踪装置，其聚光比一般在1000 3000之间。吸热器吸收太阳辐射并将其转换成热能，来加热吸热工质，驱 动热机(如燃气轮机、斯特林发动机或其它类型透平等)，实现光电转化。 目前单个碟式系统的功率多为5 50kW，峰值发电效率可达29%，在太阳 能热发电的各种方式中，其效率最高。碟式太阳能热发电系统主要应用于 分散式动力系统，虽然可以将多个碟式装置组成一个较大的发电系统，但 它们原则上仍然是小型系统，不易于大型化；同时目前还没有适合于碟式 太阳能热发电系统的动力机械，其应用受到了一定的限制。综上所述，在以上三种太阳能热发电技术中，塔式太阳能热发电系统的应用前景最为明朗。本专利技术针对以蒸汽为吸热工质的塔式太阳能热发电 系统，提出了以相变材料为低温蓄热工质的双级蓄热方式，合理集成各子 系统，优化蓄能利用方式，在提高蓄能利用率的前提下降低蓄能投资成本， 对塔式太阳能热发电系统发展具有重要作用。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种带有双级蓄热的塔式太阳 能热发电系统，以解决蒸汽蓄存困难的问题，克服以蒸汽为吸热工质的塔 式太阳能热发电方案中的汽轮机运行受太阳辐射不稳定、不连续影响的困 难。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发 电系统，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统， 其中，光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射 能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐 射能量不足时向动力子系统提供热能；动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。上述方案中，所述光热转换子系统包括定日镜场、塔和吸热器，定日 镜场接收并会聚太阳辐射能量，并将接收的太阳辐射能量反射传递给位于 塔顶的吸热器，加热吸热器中的水工质，使水转化为高压过热蒸汽，将太 阳辐射能量转化为热能，然后将高压过热蒸汽输出给动力子系统或双级蓄 热子系统。上述方案中，所述双级蓄热子系统包括高温储热器和低温储热器，光 热转换子系统输出的高压过热蒸汽首先经过高温储热器，将高压过热蒸汽 的显热全部或部分存储在高温储热器中，经过高温储热器存储显热后的高 压过热蒸汽转化为饱和蒸汽或低过热度蒸汽，输出给低温储热器；低温储热器存储蒸汽的剩余显热和潜热，经过低温储热器存储潜热后的饱和蒸汽 转化为凝结水，循环返回给光热转换子系统的吸热器。上述方案中，所述双级蓄热子系统在太阳辐射能量充足时储存热能， 在太阳辐射能量不足时，动力子系统输出的凝结水进入低温储热器，吸收 热量后转化为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高温储热器被进一步加热转化为过 热蒸汽，过热蒸汽循环进入动力子系统，向动力子系统提供热能。上述方案中，所述双级蓄热子系统在释放所蓄存的能量时，低温蓄热 器用于蒸汽的发生过程，将凝结水转化为饱和蒸汽；高温蓄热器用于饱和 蒸汽的过热过程，将饱和蒸汽转化为过热蒸汽。上述方案中，所述高温储热器中包含有高温蓄热工质，该高温蓄热工质为熔盐，导热油或混凝土；所述低温储热器中包含有低温蓄热工质，该低温蓄热工质为中温相变材料，或为高压饱和水。上述方案中，所述高温储热器和低温储热器相互独立，光热转换子系统的吸热器产生的部分高温高压蒸汽的显热蓄存在高温蓄热器中，潜热蓄存在低温蓄热器中，实现了不同品位能量的分级蓄存。上述方案中，所述动力子系统为一发电装置，用于将热能转化为电能。 上述方案中，所述发电装置接收经由光热转换子系统的吸热器输入的高压过热蒸汽，或者接收经由双级蓄热子系统的高温储热器输入的过热蒸汽，将高压过热蒸汽的热能转化为电能，并输出电能；高压过热蒸汽被转 化为凝结水输出给光热转换子系统的吸热器或双级蓄热子系统的低温储 热器。上述方案中，该系统在光热转换子系统的吸热器与动力子系统之间进 一步包括一调温减压器，将吸热器产生的高压过热蒸汽经调温减压后输送 给动力子系统。上述方案中，所述光热转换子系统与动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统，其特征在于，该系统至少包括光热转换子系统、双级蓄热子系统和动力子系统，其中，　光热转换子系统，用于接收并会聚太阳辐射能量，将接收的太阳辐射能量转化为热能，输出给动力子系统或双级蓄热子系统；　 　双级蓄热子系统，用于存储光热转换子系统输入的热能，并在太阳辐射能量不足时向动力子系统提供热能；　动力子系统，用于将接收的热能转化为电能，并输出电能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，王志峰，黄湘，韩巍，宿建峰，袁建丽，姚志豪，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]