CN109099605A - 一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统，包括太阳能集热系统和太阳能利用系统，在所述太阳能集热系统与所述太阳能利用系统之间设有储/换热系统，所述储/换热系统包括至少两个梯级储/换热系统，每个储/换热系统连接相应的太阳能利用系统。该系统采用能力多级利用提高能量利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用系统，尤其涉及一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统。
背景技术
聚光型太阳能热利用技术是太阳能利用的有效手段之一。一般地，太阳能聚光技术有槽式、塔式、碟式、菲涅尔式四种。其中碟式太阳能技术具有更高的聚光倍数，能达到更高的温度水平。并且，碟式太阳能技术具有布置灵活的优势，可适应多种复杂地形条件，不仅可以独立运行作为偏远地区的小型电源，可以将更多数量的碟式设备组合起来形成规模化太阳能发电站。
传统碟式太阳能系统采用斯特林机作为发电设备，其成本久居不下，并且由于没有储热系统，输出受太阳能波动性影响大。此外，现有的碟式太阳能系统存在输出能量形式较为单一的现象（主要为电输出），碟式太阳能技术自身高聚光倍数优势所带来的宽温度范围无法得到充分发挥，大量中低品质的热量无法得到有效利用，导致太阳能利用和转换效率低。
发明内容
本发明为了解决现有碟式太阳能技术自身高聚光倍数优势所带来的宽温度范围无法得到充分发挥，大量中低品质的热量无法得到有效利用，导致太阳能利用和转换效率低的问题，提供了一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统，该系统采用能力多级利用提高能量利用效率。
本发明所采取的技术方案为：一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统，包括太阳能集热系统和太阳能利用系统，在所述太阳能集热系统与所述太阳能利用系统之间设有储/换热系统，所述储/换热系统包括至少两个梯级储/换热系统，每个储/换热系统连接相应的太阳能利用系统，太阳能集热系统与最高级储/换热系统之间、太阳能集热系统与最低级储/换热系统之间、相邻梯级的储/换热系统之间均通过传热介质通道连接，所述传热介质通道内流通有第一传热介质，所述第一传热介质在所述太阳能集热系统中吸收热量后通过所述传热介质通道流通至所述最高级储/换热系统释放热量，然后通过传热介质通道依次流通至下一级储/换热系统释放热量进行逐级释放热量后回流至所述太阳能集热系统。
进一步的，所述储/换热系统包括高温储/换热系统、中温储/换热系统和低温储/换热系统，所述高温储/换热系统为最高级梯级储/换热系统，所述低温储/换热系统为最低级梯级储/换热系统。
进一步的，所述高温储/换热系统连接有高温发电系统，所述中温储/换热系统连接有中温热利用系统，所述低温储/换热系统连接有低温热利用系统，所述传热介质通道上设有用于为第一传热介质提供循环动力的动力循环设备。
进一步的，所述高温储/换热系统为固体储热系统，所述高温发电系统包括依次连通的蒸汽发生器、给水泵、汽轮机和冷凝器，所述汽轮机连接有发电机，所述固体储热系统与所述蒸汽发生器之间流通有第二传热介质，所述第二传热介质通过管道流入所述蒸汽发生器，所述给水泵向所述蒸汽发生器内泵入流体水，水吸收所述第二传热介质的热量在所述蒸汽发生器内转化为蒸汽，所述蒸汽流入所述汽轮机内做功带动所述发电机发电，做功后的蒸汽流入所述冷凝器中凝结为水回流至所述给水泵。
进一步的，所述中温储/换热系统为气—汽换热器，所述中温热利用系统为蒸汽用户系统，在所述气—汽换热器与所述蒸汽用户系统之间设有用于存储蒸汽的蓄能器，所述气—汽换热器与所述蒸汽用户系统之间的通道上设有为循环水提供循环动力的第一循环水泵。
进一步的，所述低温储/换热系统为气-水换热器，所述低温热利用系统为热水用户系统，所述气-水换热器与所述热水用户系统之间设有用于存储热水的蓄水罐，所述气-水换热器与所述热水用户系统之间的通道上设有用于促进水循环的第二水泵。
进一步的，所述第一传热介质为气体介质。
进一步的，所述第二传热介质为气体介质。
进一步的，所述固体储热系统内置有储热介质，所述储热介质为高温熔融盐、镁砖、复合相变材料、陶瓷、石子、金属及合金、混凝土的一种或多种组合。
进一步的，所述气体介质的运行压力为0~5MPa。
本发明所产生的有益效果包括：本发明的系统采用碟式集热器，具有更高的聚光倍数，避免了太阳辐射余弦损失，显著提高系统光学效率，同时集成带储热的多级热利用系统，在克服了太阳能间歇性和低稳定性的局限的同时，还提高了系统整体热利用效率和经济性。本发明采用气体工质作为传热介质，解决了传统传热介质存在易燃易爆、腐蚀性强的问题；本发明中设置储/换热系统，有效的解决了传统发电系统输出受太阳能波动性影响大的问题。
附图说明
图1是本发明系统的基本原理结构示意图。
图2是本发明系统一个实施例的结构示意图。
图中：
1、碟式太阳能集热系统，2、高温储/换热系统，3、高温发电系统，4、中温储/换热系统，5、中温热利用系统，6、低温储/换热系统，7、低温热利用系统，8、动力循环设备，9、碟式集热器，10、固体储热系统，11、蒸汽发生器，12、循环风机，13、给水泵，14、汽轮机，15、发电机，16、冷凝器，17、气—汽换热器，18、循环水泵1, 19、蓄能器，20、蒸汽用户，21、气—水换热器，22、循环水泵2，23、蓄水罐，24、热水用户。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参阅图1，所述碟式太阳能光热能源梯级利用系统，包括碟式太阳能集热系统1、高温储/换热系统2、高温发电系统3、中温储/换热系统4、中温热利用系统5、低温储/换热器6、低温热利用系统7以及动力循环设备8及传热介质管道，所述碟式太阳能集热系统1通过管道依次连接高温储/换热系统2、中温储/换热系统4、低温储/换热系统6，所述高温发电系统3、中温热利用系统5、低温热利用系统7分别与高温储/换热系统2、中温储/换热系统4、低温储/换热系统6连接，所述动力循环设备8为管道中的传热流体提供循环动力。
第一传热介质通过碟式太阳能集热系统升至高温，携带高温热量，依次经过高温储/换热系统2、中温储/换热系统4、低温储/换热系统6逐级释放热量，高温段热量通过高温发电系统3进行发电实现电输出，中温及低温段热量分别通过中温热利用系统5、低温热利用系统7进行温度对口的热量利用，至此传热流体携带的热量完成能源梯级利用，最后回到动力循环设备8完成一个循环。
碟式太阳能聚光系统由一个碟式聚光器9，或者由若干个碟式聚光器9串联所组成的回路再并联组成，单个碟式聚光器9聚光面积为10m2~500m2。
传热流体为空气、氮气、氦气、二氧化碳其中之一，运行压力为0~5MPa，温度300~1000℃，经验证该运行压力和温度可有效提高能量密度。
高温储/换热系统中存储有储热介质，该储热介质是高温熔融盐、镁砖、复合相变材料、陶瓷、石子、金属及合金、混凝土的一种或多种组合。
高温发电系统，为朗肯循环发电系统、超临界二氧化碳布雷顿发电系统、斯特林发电系统、压缩空气发电系统其中之一。
中温储/换热系统，其储热介质是水、熔融盐、镁砖、复合相变材料、陶瓷、石子、金属及合金、混凝土的一种或多种组合。
中温热利用系统，为工业用热、电站给水预热、热制冷、农业烘干其中之一或组合。
低温储/换热系统，其储热介质是水、低温相变材料、低温复合相变材料其中之一或组合。
低温热利用系统，为建筑物供暖、生活用水、水净化、商业洗衣其中一种或组合。
进一步地，如图2所示，为本发明系统的一个实施例，结合图1、2详尽描述实施例的具体实施方式。高温储/换热系统2、中温储/换热系统4、低温储/换热系统6分别为固体储热系统10、气-汽换热器17、气-水换热器21。
第一传热介质选择空气，在碟式太阳能聚光系统1中升至高温，依次经过固体储热系统10、气-汽换热器17、气-水换热器21逐级释放热量，传热流体最后回到动力循环设备8完成一个能源梯级利用循环。
高温段的包括固体储热系统10和高温发电系统3，高温发电系统3包括蒸汽发生器11、给水泵13、汽轮机14、发电机15、冷凝器16及多根管道，在固体储热系统10和蒸汽发生器11之间设置循环风机12，用于为第二传热介质提供循环动力。在太阳能充足时，固体储热系统10一边吸收第一传热介质的热量，一边将热量释放给循环风机12所输送的第二传热介质，第二传热介质为空气，在多云、阴雨天或者夜晚时，循环风机12所输送的空气从固体储热系统10中吸收存储的热量。吸收热量的空气经过蒸汽发生器11将给水泵13输送的给水加热成蒸汽，蒸汽进入汽轮机14带动发电机15，经过做功的蒸汽再进入冷凝器16冷凝成液态水回到给水泵13，完成一个发电循环。当高温储/换热系统2内的储热介质为熔融盐或水等液态介质时，第二传热介质即为储热介质。
中温段流程为：在太阳能充足时，经过固体储热系统10降温后的第一传热介质进入气-汽换热器17，第一循环水泵18输送水进入气-汽换热器17产生一定工况的蒸汽，蒸汽存储于蓄能器19中，满足蒸汽用户20全天候的蒸汽需求。
低温段流程为：在太阳能充足时，经过气-汽换热器17进一步降温后的第一传热介质进入气-水换热器21，第二循环水泵22输送水进入气-水换热器21产生一定工况的热水，热水存储于蓄水罐23中，满足热水用户24全天候的热水需求。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碟式太阳能光热能源梯级利用系统，包括太阳能集热系统和太阳能利用系统，其特征在于：在所述太阳能集热系统与所述太阳能利用系统之间设有储/换热系统，所述储/换热系统包括至少两个梯级储/换热系统，每个储/换热系统连接相应的太阳能利用系统，太阳能集热系统与最高级储/换热系统之间、太阳能集热系统与最低级储/换热系统之间、相邻梯级的储/换热系统之间均通过传热介质通道连接，所述传热介质通道内流通有第一传热介质，所述第一传热介质在所述太阳能集热系统中吸收热量后通过所述传热介质通道流通至所述最高级储/换热系统释放热量，然后通过传热介质通道依次流通至下一级储/换热系统释放热量进行逐级释放热量后回流至所述太阳能集热系统。
2.根据权利要求1所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述储/换热系统包括高温储/换热系统、中温储/换热系统和低温储/换热系统，所述高温储/换热系统为最高级梯级储/换热系统，所述低温储/换热系统为最低级梯级储/换热系统。
3.根据权利要求2所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述高温储/换热系统连接有高温发电系统，所述中温储/换热系统连接有中温热利用系统，所述低温储/换热系统连接有低温热利用系统，所述传热介质通道上设有用于为第一传热介质提供循环动力的动力循环设备。
4.根据权利要求3所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述高温储/换热系统为固体储热系统，所述高温发电系统包括依次连通的蒸汽发生器、给水泵、汽轮机和冷凝器，所述汽轮机连接有发电机，所述固体储热系统与所述蒸汽发生器之间流通有第二传热介质，所述第二传热介质通过管道流入所述蒸汽发生器，所述给水泵向所述蒸汽发生器内泵入流体水，水吸收所述第二传热介质的热量在所述蒸汽发生器内转化为蒸汽，所述蒸汽流入所述汽轮机内做功带动所述发电机发电，做功后的蒸汽流入所述冷凝器中凝结为水回流至所述给水泵。
5.根据权利要求3所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述中温储/换热系统为气—汽换热器，所述中温热利用系统为蒸汽用户系统，在所述气—汽换热器与所述蒸汽用户系统之间设有用于存储蒸汽的蓄能器，所述气—汽换热器与所述蒸汽用户系统之间的通道上设有为循环水提供循环动力的第一循环水泵。
6.根据权利要求3所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述低温储/换热系统为气-水换热器，所述低温热利用系统为热水用户系统，所述气-水换热器与所述热水用户系统之间设有用于存储热水的蓄水罐，所述气-水换热器与所述热水用户系统之间的通道上设有用于促进水循环的第二水泵。
7.根据权利要求1所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述第一传热介质为气体介质。
8.根据权利要求4所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述第二传热介质为气体介质。
9.根据权利要求2所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述高温储/换热系统内置有储热介质，所述储热介质为高温熔融盐、镁砖、复合相变材料、陶瓷、石子、金属及合金、混凝土的一种或多种组合。
10.根据权利要求7所述的碟式太阳能光热能源梯级利用系统，其特征在于：所述气体介质的运行压力为0~5MPa。
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