CN107084102A - 一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，属于太阳能热发电技术领域。本发明包括集热装置、热油罐、换热器、冷油罐、预热器、高温二氧化碳储罐、低温二氧化碳储罐、汽轮机和发电机，汽轮机与发电机相连；集热器、热盐罐、换热器、冷盐罐和预热器组成集热回路，热熔盐在换热器内将热量交换给二氧化碳，最后将高温二氧化碳传递给汽轮机做功，同时利用高温二氧化碳储罐储存交换后的二氧化碳，用于夜晚或阳光缺失时将高温二氧化碳传递给汽轮机做功。本发明系统紧凑，布置简单，提高电厂热效率，充分利用了捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，同时直接利用二氧化碳工质发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能光热发电系统，属于太阳能热发电技术领域。
背景技术
在已开发的各种新型能源中，太阳能是其中最引人注目、应用最广、研究工作最多的一种新型能源。太阳能不需要开采及运输，不受任何国家垄断，是随处可得的廉价能源；它清洁且安全，使用中不产生污染。因此可说，一旦能够完善地控制太阳能，它将给人类的科技和生产带来美妙的前景。同时太阳能资源的缺点是到达地球表面的能流密度低，并且受昼夜、季节以及晴阴云雨等因素的影响，供能是间断且不稳定的。
目前传统的槽式太阳能光热发电系统大多以导热油为集热工质，由于导热油高温裂解的限制，聚光集热系统只能将导热油加热到400℃，然后将导热油的热量转热给水工质进行做功发电，因此需要大量的水资源，而我国光热资源丰富的地区大都集中在西北干旱缺水的区域，受地域性影响太阳能光热发电电站就不能在西北干旱缺水地域进行实用，同时太阳能资源的缺点是到达地球表面的能流密度低，并且受昼夜、季节以及晴阴云雨等因素的影响，供能是间断且不稳定的，因此急需提供一种利用其他介质作为做功工质的光热发电系统，既能满足西北干旱地域发电使用，同时不受晴阴云雨等因素的制约，实现人们对电的需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，进而提供一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统。
本发明的技术方案：
一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统包括集热装置、热油罐、换热器、冷油罐、预热器、高温二氧化碳储罐、低温二氧化碳储罐、汽轮机和发电机，所述的汽轮机与发电机相连；
所述的集热装置包括多个阵列设置的槽式集热板，每列纵向设置的集热板的槽口内端均设置有集热管，多根并列设置的集热管的上端汇流形成一根导热油输出管道，所述的导热油输出管道通过热油罐与换热器的导热油进口端连通，所述的多根并列设置的集热管的下端汇流形成一根导热油输入管道，导热油输入管道与冷油罐连通，冷油罐通过预热器与换热器的导热油出口端连通；
所述的换热器上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐，并最终与汽轮机相连；所述的换热器的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐的出口端相连，低温二氧化碳储罐的入口端与预热器连通。
优选的：所述的集热板的内侧凹槽表面安装有抛物镜，所述的集热管设置在抛物镜的中心线上。
优选的：所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统还包括压缩机和冷却器，冷却器的一端与汽轮机相连，冷却器的另一端通过压缩机与预热器建立连接。
优选的：所述的低温二氧化碳储罐的入口端与高温二氧化碳储罐和汽轮机的连接管路建立连通。
本发明具有以下有益效果：本发明的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统以二氧化碳为储热工质的塔式太阳能，不仅能节约水，而且充分利用了捕集的二氧化碳，减少温室气体的排放，同时直接利用二氧化碳工质发电，与目前所流行的太阳能－蒸汽动力发电系统相比，系统设备紧凑，布置简单，提高电厂热效率，同时以二氧化碳为工质的压缩机动力设备结构更紧凑，电厂热效率高，且系统中无相变，结构简单。
附图说明
图1是一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统的连接关系图；
图2是集热板的结构视图；
图中1-集热装置，2-热油罐，3-换热器，4-冷油罐，5-预热器，6-高温二氧化碳储罐，7-低温二氧化碳储罐，8-汽轮机，9-发电机，10-压缩机，11-冷却器，12-集热板，13-集热管，14-导热油输出管道，15-导热油输入管道。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统包括集热装置1、热油罐2、换热器3、冷油罐4、预热器5、高温二氧化碳储罐6、低温二氧化碳储罐7、汽轮机8和发电机9，所述的汽轮机8与发电机9相连；
所述的集热装置1包括多个阵列设置的槽式集热板12，每列纵向设置的集热板12的槽口内端均设置有集热管13，多根并列设置的集热管13的上端汇流形成一根导热油输出管道14，所述的导热油输出管道通过热油罐2与换热器3的导热油进口端连通，所述的多根并列设置的集热管13的下端汇流形成一根导热油输入管道15，导热油输入管道15与冷油罐4连通，冷油罐4通过预热器5与换热器3的导热油出口端连通；
所述的换热器3上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器3的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机8相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐6，并最终与汽轮机8相连；所述的换热器3的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐7的出口端相连，低温二氧化碳储罐7的入口端与预热器5连通。如此设置，集热装置1能够从其布置在集热装置1四周的集热板12内吸收太阳的反射光，并对布置在集热板12槽口内的集热管13进行加热，此时集热管13内的导热油进行加热(低温导热油经过槽式集热器被加热到400℃)，加热后的导热油通过汇流的导热油输出管道14进入热油罐2，随后进入换热器3，与此同时，低温二氧化碳储罐7向换热器3内输入低温二氧化碳，在换热器3的作用下将导热油的热量传给二氧化碳，此时的高温二氧化碳通过换热器3的高温二氧化碳出口输出，其中一部分直接进入汽轮机8用于汽轮机的做功，进而实现发电，通过换热器3的高温二氧化碳出口输出的另一部分高温二氧化碳进入高温二氧化碳储罐6进行储存，当阳光缺失或者夜间时，储罐内的部分高温二氧化碳直接输出到汽轮机用于做功发电；经过换热器3换热后的导热油将热量换给了二氧化碳，换热后的导热油经过预热器5预热后进入冷油罐4，冷油罐4为集热装置1提供了热量传递的介质(即导热油)；此时集热装置1、热油罐2、换热器3、预热器5和冷油罐4形成了一个集热的回路，集热装置1吸收太阳能的热量，并将热量以介质传输的方式传递给换热器3，并在换热器3内与二氧化碳储罐提供的以二氧化碳为做功工质的介质进行热量交换，这种利用二氧化碳为工质的发电工作能够有效节约水资源。
本发明对超临界二氧化碳布雷顿循环应用于槽式太阳能光热发电系统进行了设计。低温导热油经过槽式集热器被加热到400℃，随后经过换热器把热量传给二氧化碳，超临界二氧化碳储热和发电系统包括低温二氧化碳储罐、压缩机、冷却器。低温低压的二氧化碳气体先经过压缩机加压，然后流经换热器与导热油换热被加热到380℃，阳光充足的时候一部分高温高压的二氧化碳直接推动汽轮机做功，另一部分高温高压的二氧化碳储存在高温二氧化碳储罐里，当阳光缺失或者夜间时，储罐内的二氧化碳直接发电，然后再经过冷却器冷却，储存在低温二氧化碳储罐内。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述的集热板12的内侧凹槽表面安装有抛物镜，所述的集热管13设置在抛物镜的中心线上。如此设置，太阳入射光照射到槽式集热板12后经过其凹槽内侧壁的抛物镜的反射作用下反射到集热管13上，此时集热管吸收太阳光能为其内部的导热油加热，这种集热板12采用凹槽状，能够有效汇集太阳反射的光，将其聚焦到一个指定的点，而这个点就是集热管的安装位置，通过这种集热方式有效的解决了太阳照射到地球的能流密度低而导致光能利用率差的问题，同时这种阵列的槽式集热板12生产方便、布置简单、结构稳定，用于对太阳能的集热效果好，利用这种集热方式更能有效的提高集热效率。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统还包括压缩机10和冷却器11，冷却器11的一端与汽轮机8相连，冷却器11的另一端通过压缩机10与预热器5建立连接。如此设置，汽轮机8排放的二氧化碳在冷却器11和压缩机10的作用下将二氧化碳传递至预热器5，预热后的二氧化碳直接储藏至低温二氧化碳储罐7，这种利用二氧化碳为储热和做功工质的方式可达到较高的循环热效率，同时这种方式充分利用了捕集的二氧化碳，减少二氧化碳的排放，同时直接利用推动汽轮机工作后剩余的二氧化碳作为工质发电，能够有效控制二氧化碳的排放程度，降低二氧化碳作为全球变暖的主要因素，提高了环境。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统所述的低温二氧化碳储罐7的入口端与高温二氧化碳储罐6和汽轮机8的连接管路建立连通。如此设置，当所述的进入到高温二氧化碳储罐6的高温二氧化碳的热量不能够满足汽轮机做功时，直接转存到低温二氧化碳储罐7内部，这样的储存方式有效利用二氧化碳，避免整个发电过程的二氧化碳排放，减轻空气污染，提高环境质量。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (4)
1.一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，其特征在于：包括集热装置(1)、热油罐(2)、换热器(3)、冷油罐(4)、预热器(5)、高温二氧化碳储罐(6)、低温二氧化碳储罐(7)、汽轮机(8)和发电机(9)，所述的汽轮机(8)与发电机(9)相连；
所述的集热装置(1)包括多个阵列设置的槽式集热板(12)，每列纵向设置的集热板12的槽口内端均设置有集热管(13)，多根并列设置的集热管(13)的上端汇流形成一根导热油输出管道(14)，所述的导热油输出管道通过热油罐(2)与换热器(3)的导热油进口端连通，所述的多根并列设置的集热管(13)的下端汇流形成一根导热油输入管道(15)，导热油输入管道(15)与冷油罐(4)连通，冷油罐(4)通过预热器(5)与换热器(3)的导热油出口端连通；
所述的换热器(3)上还设置有高温二氧化碳出口端和低温二氧化碳进口端，所述的换热器(3)的高温二氧化碳出口端分两支路，其中一支路直接与汽轮机(8)相连，另一支连通有高温二氧化碳储罐(6)，并最终与汽轮机(8)相连；所述的换热器(3)的低温二氧化碳入口端与低温二氧化碳储罐(7)的出口端相连，低温二氧化碳储罐(7)的入口端与预热器(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，其特征在于：所述的集热板12的内侧凹槽表面安装有抛物镜，所述的集热管(13)设置在抛物镜的中心线上。
3.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，其特征在于：所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统还包括压缩机(10)和冷却器(11)，冷却器(11)的一端与汽轮机(8)相连，冷却器(11)的另一端通过压缩机(10)与预热器(5)建立连接。
4.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统，其特征在于：所述的低温二氧化碳储罐(7)的入口端与高温二氧化碳储罐(6)和汽轮机(8)的连接管路建立连通。
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