CN102345576A

CN102345576A - 高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统

Info

Publication number: CN102345576A
Application number: CN2011102411599A
Authority: CN
Inventors: 刘光宇; 王建中; 邹洪波; 薛安克; 赖小平
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明公开了高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统。现有技术需要消耗大量的不可再生能源。本发明包括太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统，具体包括定日镜、定位器、吸热器、吸热器支撑塔、传热工质回路、泵、海水加热器、蒸汽发生器、蒸汽回路、透平发电机、电网、冷海水管道、淡水管道、浓盐水管道、多级闪蒸设备和流量阀。其中传热工质回路与蒸汽回路是封闭式的，而产生淡水的海水淡化系统的回路是开放式的。本发明具有高效、快速集热的功能，且供热、发电、与海水淡化的生产保持稳定，与常规能源相比，太阳能可再生、环保、无成本、普遍存在。

Description

高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统

技术领域

本发明属于太阳能应用领域，具体涉及高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统。

背景技术

传统的发电技术与海水淡化技术需要消耗大量的不可再生能源，所消耗能源主要来自煤炭和石油等化石燃料。化石燃料的有限储备及其燃烧产物对环境的污染和温室气体效应，使得人类面临化石燃料短缺和环境恶化的双重压力。为了减少环境污染和温室效应，也为了缓解化石燃料短缺的压力，人类必须逐步放弃以煤炭和石油为主的能源结构。

太阳能是一种可再生能源，具有储量无限、存在普遍、清洁、无噪音等优势。利用太阳能发电与淡化海水，节能、环保、低价，是未来发展的趋势。

利用太阳能发电有两个分支：光伏发电与光热发电。与光伏发电比较，光热发电效率高，可以直接产生交流电，不需要逆变器就可直接并网，也不会因为生产硅材料带来环境污染等负面效应。所以，光热发电与光伏发电相比，有明显的价格优势和环保优势。一般来讲，光热发电需要一种有跟踪功能的集热装置，例如：定日镜、槽式抛物线反光镜。其中，定日镜是塔式集热发电的关键设备，具有高聚光比，效率高，是最有前途的可再生能源发电方式。这里，因聚光产生的能量被传热工质吸收，并进一步用于产生蒸汽，推动透平发动机发电。

利用太阳能海水淡化的原理是通过太阳能产生的热能驱动海水发生相变过程，即蒸发，然后通过另外一个相变过程，既冷凝，得到蒸馏淡水。太阳能蒸馏过程按运行方式可分为直接法和间接法两类。直接法系统是利用太阳能在集热器中对海水直接进行蒸馏，而间接法系统的太阳能集热器与海水蒸馏部分是分离的。人们还按是否使用辅助集热器的设备将太阳能蒸馏系统分为被动式和主动式两类。因为，被动式没有采用辅助设备，所以，产水量不高、工作温度低、不利于在夜间工作和利用其它余热，不适合大规模推广应用。按主动式辅助集热器的特点将太阳能蒸馏系统分为平板集热器式、真空管集热器式、槽型抛物面集热器、复合抛物面集热器等。其中，槽型抛物面集热器和复合抛物面集热器是反射聚光型集热器，他们使太阳能蒸馏设备在较高的温度段运行，提高了热利用率，推进了太阳能海水淡化的普及。

目前，尚没有关于基于定日镜聚光技术的高效率太阳能发电与海水淡化一体化系统的报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统。

高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统，包括太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统，具体包括定日镜、定位器、吸热器、吸热器支撑塔、传热工质回路、第一泵、第一流量阀、海水加热器、蒸汽发生器、蒸汽回路、第二流量阀、透平发电机、电网、冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、浓盐水管道、第四泵、多级闪蒸设备和第三流量阀。

本发明所包括的太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统四个子系统分别独立运行。

太阳能集热系统包括：定日镜、定位器、吸热器和吸热器支撑塔。定日镜中心的轴向与长筒形定位器的轴向连线指向吸热器固定位置，每个定日镜匹配一个定位器，吸热器的一端与第一流量阀的一端相连接，吸热器的另一端固定于与吸热器支撑塔，并与第一泵的一端相连接。

传热工质循环系统包括：传热工质回路、第一泵、第一流量阀、海水加热器和蒸汽发生器。第一流量阀的另一端与蒸汽发生器一端的一个端口相连接，蒸汽发生器一端的另一个端口与海水加热器的一端相连接，海水加热器的另一端与第一泵的另一端相连接。传热工质回路的工质在该传热工质循环系统回路内循环流动。

发电系统包括：蒸汽回路、第二流量阀、透平发电机和电网。蒸汽发生器另一端的一个端口与第二流量阀的一端相连接，第二流量阀的另一端与透平发电机一端的一个端口相连接，透平发电机一端的另一个端口与蒸汽发生器另一端的另一个端口相连接，透平发电机的另一端与电网相连接。

海水淡化系统包括：冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、浓盐水管道、第四泵、多级闪蒸设备和第三流量阀。第二泵的一端与海水相连接，第二泵的另一端与冷海水管道的一端相连接，冷海水管道的另一端贯穿多级闪蒸设备每个闪蒸室的上部与海水加热器的一端相连接，海水加热器的另一端同时与第三流量阀的一端相连接，第三流量阀的另一端与多级闪蒸设备的一端相连接，多级闪蒸设备的另一端与浓盐水管道的一端向连接，浓盐水管道的另一端与第四泵的一端相连接，第四泵的另一端输出浓盐水；第三泵的一端与淡水管道的一端相连接，淡水管道的另一端进入多级闪蒸设备每个淡水池，并在每个淡水池开有端口，第三泵的另一端输出淡水。

本发明所述的传热工质回路与蒸汽回路是封闭式的，而产生淡水的海水淡化系统的回路是开放式的，允许系统连续不断地产生淡水。

本发明的有益效果：（1）定日镜具有比其他所有集热方式更高的聚光比，具有高效、快速集热的功能，散热比例小；（2）用于产生发电用高温高压蒸汽的超高温工质在降温后，进一步用于加热冷海水供海水淡化使用，这种逐级利用热能的方式，提高了热能利用效率；（3）系统采用几个流量控制阀，使供热、发电、与海水淡化的生产保持稳定，减少了太阳光热能变化的影响；（4）多级闪蒸设备能够充分利用高温海水的热能；（5）浓盐水可以用于晒盐，产生具有经济价值的副产品；（6）与常规发电和海水淡化所用能源相比，系统的能源来自太阳能，可再生、环保、无成本、普遍存在。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

具体实施方式

下面结合示意图对本发明做进一步说明。

如图1所示，高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统，包括四个子系统：太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统，具体包括定日镜1、定位器2、吸热器3、吸热器支撑塔4、传热工质回路5、第一泵6、第一流量阀7、海水加热器8、蒸汽发生器9、蒸汽回路10、第二流量阀11、透平发电机12、电网13、冷海水管道14、第二泵15、淡水管道16、第三泵17、浓盐水管道18、第四泵19、多级闪蒸设备20、第三流量阀21。

定日镜1中心的轴向与长筒形定位器2的轴向连线指向吸热器3固定位置，每个定日镜1与一个定位器2相匹配组成一套装置，本发明需要多套该装置；

吸热器3的一端与第一流量阀7的一端相连接，第一流量阀7的另一端与蒸汽发生器9一端的一个端口相连接，蒸汽发生器9一端的另一个端口与海水加热器8的一端相连接，海水加热器8的另一端与第一泵6的一端相连接，第一泵6的另一端与吸热器3的另一端相连接；

蒸汽发生器9另一端的一个端口与第二流量阀11的一端相连接，第二流量阀11的另一端与透平发电机12一端的一个端口相连接，透平发电机12一端的另一个端口与蒸汽发生器9另一端的另一个端口相连接，透平发电机的12另一端与电网13相连接；

第二泵15的一端与海水相连接，第二泵15的另一端与冷海水管道14的一端相连接，冷海水管道14的另一端贯穿多级闪蒸设备20每个闪蒸室的上部与海水加热器8的一端相连接，海水加热器8的另一端同时与第三流量阀21的一端相连接，第三流量阀21的另一端与多级闪蒸设备20的一端相连接，多级闪蒸设备20的另一端与浓盐水管道18的一端向连接，浓盐水管道18的另一端与第四泵19的一端相连接，第四泵19的另一端输出浓盐水；第三泵17的一端与淡水管道16的一端相连接，淡水管道16的另一端进入多级闪蒸设备20每个淡水池，并在每个淡水池开有端口，第三泵17的另一端输出淡水；

太阳能集热系统包括：定日镜1、定位器2、吸热器3、吸热器支撑塔4。定日镜1跟踪太阳轨迹，将反射光投射到吸热器3上的集热窗口里；定位器2为一个长筒形传感器，定位器2的一端对准定日镜1的中心的轴向，接收定日镜1的反射光；定位器2的另一端对准吸热器3窗口，定位器2内部有4象限光敏电阻，若来自定日镜1的反射光方向符合定位器2内部设置，4象限光敏电阻产生的电流一致，定位器2将反馈定日镜1的反射光对准吸热器3的信号；否则，定位器2反馈定日镜1需偏转方位的信息，使定位器2里的自动跟踪控制程序继续调整定日镜1的方位角和仰角，直到定日镜1的反射光方向符合定位器2内部设置。吸热器支撑塔4用于抬高吸热器3的空间位置，让定日镜1反射更多的阳光。

传热工质循环系统包括：传热工质回路5、第一泵6、第一流量阀7、海水加热器8和蒸汽发生器9。传热工质回路5的工质流动由第一流量阀7控制，工质经过蒸汽发生器9首次降温，然后经过海水加热器再次降温，最后，低温工质在第一泵6的驱动下，流回吸热器3，并重新吸热升温，进入下一个传热循环。

发电系统包括：蒸汽回路10、第二流量阀11、透平发电机12和电网13。在传热工质循环系统驱动下，蒸汽发生器9内产生高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽顺蒸汽回路10流动，并在第二流量阀11的控制下得到具有给定压力的蒸汽，为透平发电机12提供动力，产生交流电，交流电可以直接并入电网13，供用户使用，流经透平发电机12的蒸汽降温，再次流回蒸汽发生器9，重新产生高温高压蒸汽，进入下一轮循环。

海水淡化系统包括：冷海水管道14、第二泵15、淡水管道16、第三泵17、浓盐水管道18、第四泵19、多级闪蒸设备20和第三流量阀21。原始冷海水在第二泵15驱动下进入冷海水管道14，并依次通过多级闪蒸设备20的各个闪蒸室，用于冷凝蒸汽；冷海水顺冷海水管道14进入海水加热器8吸收传热工质的热能产生高温海水，高温海水在第三流量阀21的控制下，流入多级闪蒸设备20，多级闪蒸设备20的各个闪蒸室空腔气压依次降低，使流入的高温海水表面水分子产生瞬时蒸发，蒸汽上升后遇到冷海水管道14，凝结成水滴，水滴汇集一起后形成淡水池，在第三泵17的抽动压力下，经淡水管道16流出闪蒸室，从而生产出纯净淡水，剩余的浓盐水在第四泵19的抽动压力下，经浓盐水管道18排出闪蒸室外，供晒盐用。

本发明所述的太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统四个子系统分别独立运行。

传热工质回路与蒸汽回路是封闭式的，而产生淡水的海水淡化的回路是开式的，允许系统连续不断地产生淡水。

Claims

1.高效率太阳能光热塔式发电与海水淡化一体化系统，包括太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统，具体包括定日镜、定位器、吸热器、吸热器支撑塔、传热工质回路、第一泵、第一流量阀、海水加热器、蒸汽发生器、蒸汽回路、第二流量阀、透平发电机、电网、冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、浓盐水管道、第四泵、多级闪蒸设备和第三流量阀，其特征在于：

所述的的太阳能集热系统、传热工质循环系统、发电系统和海水淡化系统四个子系统分别独立运行；

所述的太阳能集热系统，包括定日镜、定位器、吸热器和吸热器支撑塔，定日镜中心的轴向与长筒形定位器的轴向连线指向吸热器固定位置，每个定日镜匹配一个定位器，吸热器的一端与第一流量阀的一端相连接，吸热器的另一端固定于与吸热器支撑塔，并与第一泵的一端相连接；

所述的传热工质循环系统，包括传热工质回路、第一泵、第一流量阀、海水加热器和蒸汽发生器，第一流量阀的另一端与蒸汽发生器一端的一个端口相连接，蒸汽发生器一端的另一个端口与海水加热器的一端相连接，海水加热器的另一端与第一泵的另一端相连接；传热工质回路的工质在该传热工质循环系统回路内循环流动；

所述的发电系统，包括蒸汽回路、第二流量阀、透平发电机和电网，蒸汽发生器另一端的一个端口与第二流量阀的一端相连接，第二流量阀的另一端与透平发电机一端的一个端口相连接，透平发电机一端的另一个端口与蒸汽发生器另一端的另一个端口相连接，透平发电机的另一端与电网相连接；

所述的海水淡化系统，包括冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、浓盐水管道、第四泵、多级闪蒸设备和第三流量阀，第二泵的一端与海水相连接，第二泵的另一端与冷海水管道的一端相连接，冷海水管道的另一端贯穿多级闪蒸设备每个闪蒸室的上部与海水加热器的一端相连接，海水加热器的另一端同时与第三流量阀的一端相连接，第三流量阀的另一端与多级闪蒸设备的一端相连接，多级闪蒸设备的另一端与浓盐水管道的一端向连接，浓盐水管道的另一端与第四泵的一端相连接，第四泵的另一端输出浓盐水；第三泵的一端与淡水管道的一端相连接，淡水管道的另一端进入多级闪蒸设备每个淡水池，并在每个淡水池开有端口，第三泵的另一端输出淡水；

所述的传热工质回路与蒸汽回路是封闭式的，而产生淡水的海水淡化系统的回路是开放式的，允许系统连续不断地产生淡水。