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CN113153675A - 一种发电系统 - Google Patents

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CN113153675A CN202010074559.4A CN202010074559A CN113153675A CN 113153675 A CN113153675 A CN 113153675A CN 202010074559 A CN202010074559 A CN 202010074559A CN 113153675 A CN113153675 A CN 113153675A
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李博
孙即红
薄煜
姜士宏
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Abstract

本发明提供一种发电系统，包括：太阳能热发电子系统，包括塔式太阳能集热器、换热器、储能装置和常规岛，所述塔式太阳能集热器、换热器和储能装置通过管路连接形成第一回路，所述常规岛与所述换热器通过管路连接形成第二回路；所述储能装置用于储存热能，所述第一回路与所述第二回路通过所述换热器进行换热；氢能发电子系统，所述氢能发电子系统与所述储能装置连接，将所述储能装置中储存的热能转换为电能。本发明实施例有效解决了太阳能热发电系统供电不稳定的问题。

Description

一种发电系统
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种发电系统。
背景技术
随着化石能源的枯竭，能源问题已经越来越凸显，寻找更清洁能再生的新能源成为当前人类面临的迫切课题，太阳能资源取之不尽、用之不竭，是一种清洁可再生的理想能源，在未来社会能源战略中占有重要地位。因此，太阳能发电技术受到了越来越多的关注。
太阳能发电技术的发展日趋成熟，衍生出了太阳能光发电和太阳能热发电两种主要形式。其中，太阳能热发电利用的是太阳直接辐射能，采用光-热-电的形式，通过聚集太阳直接辐射获得热能，并将热能转化为高温高压蒸汽驱动汽轮机组发电。形式主要包括槽式、塔式、碟式、菲涅尔式等，其在高温时热效率高，同时便于采用较为廉价的蓄热技术来储能。
然而，现有的太阳能热发电系统会由于昼夜交替等天气因素严重影响发电量，当没有太阳光照或光照强度较低的时候就不能发电或者发电量很小，就会影响到太阳能发电系统对于用电设备的正常供电。可见现有的太阳能发电系统存在供电不稳定的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种发电系统，以解决现有的太阳能发电系统存在供电不稳定的问题。
本发明实施例提供一种发电系统，包括：太阳能热发电子系统，包括塔式太阳能集热器、换热器、储能装置和常规岛，所述塔式太阳能集热器、换热器和储能装置通过管路连接形成第一回路，所述常规岛与所述换热器通过管路连接形成第二回路；所述储能装置用于储存热能，所述第一回路与所述第二回路通过所述换热器进行换热；
氢能发电子系统，所述氢能发电子系统与所述储能装置连接，将所述储能装置中储存的热能转换为电能。
可选的，所述储能装置包括第一储能装置和第二储能装置，所述第一储能装置的入口端通过第一开关阀与所述塔式太阳能集热器的出口端连接，所述第一储能装置的出口端通过第二开关阀与所述换热器的第一入口端连接；所述第二储能装置的入口端与所述换热器的第一出口端连接，所述第二储能装置的出口端通过第三开关阀与所述塔式太阳能集热器的入口端连接。
可选的，所述第一储能装置与所述第二储能装置之间设置有连通管路，所述第一储能装置通过第四开关阀与所述连通管路的一端连接，所述第二储能装置通过第五开关阀与所述连通管路的另一端连接。
可选的，所述氢能发电子系统包括储氢装置和氢燃料电池发电装置，所述储氢装置的入口端通过第一阀门与所述连通管路连接，所述储氢装置的第一出口端通过第二阀门与所述第二储能装置的入口端连接；所述储氢装置的第二出口端通过第三阀门与所述氢燃料电池发电装置的入口端连接。
可选的，所述第一阀门、第二阀门和第三阀门为流量调节阀。
可选的，在所述第二回路中，所述常规岛包括汽轮机、发电机和凝汽机，所述换热器的第二出口端与所述汽轮机连接，所述汽轮机与所述发电机连接，所述换热器的第二入口端与所述凝汽机的出口端连接。
可选的，所述第一回路中的换热储能介质为熔盐。
可选的，所述换热器为盐-水换热器。
可选的，所述第一储能装置与所述第二储能装置内均设置有浸没式电加热器。
可选的，所述储能装置与所述换热器连接的管路上设置有电伴热组件，所述储能装置与所述氢能发电子系统连接的管路上设置有电伴热组件。
本发明实施例通过将太阳能热发电系统和氢能发电系统结合，将太阳能热发电系统运行过程中的部分热能储存在储能装置中，在太阳能热发电系统的发电量不足时，可以通过将储能装置中储存的热能释放到氢能发电子系统中，从而利用氢能实现氢燃料电池发电，进而有效解决了太阳能热发电系统供电不稳定的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本发明实施例提供的发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
参照图1，本发明实施例提供了一种发电系统，包括：
太阳能热发电子系统10，包括塔式太阳能集热器11、换热器12、储能装置13和常规岛14，所述塔式太阳能集热器11、换热器12和储能装置13通过管路连接形成第一回路，所述常规岛14与所述换热器12通过管路连接形成第二回路；所述储能装置13用于储存热能，所述第一回路与所述第二回路通过所述换热器12进行换热；
氢能发电子系统20，所述氢能发电子系统20与所述储能装置13连接，将所述储能装置13中储存的热能转换为电能。
其中，上述塔式太阳能集热器11具体可以包括定日镜、吸热塔和吸热器，用于实现光能到热能的转换。定日镜的尺寸、形状可以根据实际需要进行设置，在此不作进一步的限定。
吸热塔的结构可以根据实际需要进行设置，在一实施例中，吸热塔可以为钢结构；在另一实施例中，吸热塔也可以为混凝土结构。
进一步的，在上述塔式太阳能集热器11中吸热、在上述储能装置13中存储及在上述第一回路中循环运输的换热储能介质可以采用熔盐。上述熔盐可以经塔式太阳能集热器11吸热后储存在上述储能装置13中，并可以通过换热器12与第二回路进行换热。
可以理解的是，在上述太阳能热发电子系统10的发电量不足时，上述储热装置中的熔盐可以进入上述氢能发电子系统20进行热量交换，利用热能实现氢气的解吸附，最终解吸附的氢气通过氢燃料电池将化学能转换为电能输出。该部分电量可以作为厂用电，亦可作为上网电量。
上述太阳能热发电子系统10和氢能发电子系统20既可以联合运行，也可以解耦运行。上述太阳能热发电子系统10可以通过第一回路和第二回路的换热利用高温蒸汽独立发电；在上述太阳能热发电子系统10故障时，上述氢能发电子系统20可以由电热锅炉或其他装置提供热量，从而将氢气解吸附并利用氢燃料电池发电。
本发明实施例通过将太阳能热发电系统和氢能发电系统结合，将太阳能热发电系统运行过程中的部分热能储存在储能装置13中，在太阳能热发电系统的发电量不能够满足用电量的需求时，可以通过将储能装置13中储存的热能释放到氢能发电子系统20中，从而利用氢能实现氢燃料电池发电，进而有效解决了太阳能热发电系统供电不稳定的问题。同时，通过太阳能热发电系统产生的热能对氢能发电子系统20中的氢气进行解吸附，并利用氢燃料电池发电，能够满足目前发电系统对于清洁能源的需求。
进一步的，上述储能装置13可以包括第一储能装置131和第二储能装置132，上述第一储能装置131的入口端通过第一开关阀31与上述塔式太阳能集热器11的出口端连接，上述第一储能装置131的出口端通过第二开关阀32与上述换热器12的第一入口端连接；上述第二储能装置132的入口端与上述换热器12的第一出口端连接，上述第二储能装置132的出口端通过第三开关阀33与上述塔式太阳能集热器11的入口端连接。
在上述发电系统的运行过程中，经上述塔式太阳能集热器11吸热后的熔盐可以通过管路传输至第一储能装置131中，从而实现了热能的储存。而后可以根据实际所需的用电量，将上述第一储能装置131中的部分或全部熔盐通过管路输送至换热器12中，与上述第二回路中的工质水进行换热，将熔盐的热量传递给工质水。换热后的熔盐经管路输送至第二储能装置132中，并根据实际需要将第二储能装置132中的部分或全部熔盐重新输送至上述塔式太阳能集热器11中吸热。
进一步的，上述第一储能装置131与上述第二储能装置132之间设置有连通管路，上述第一储能装置131通过第四开关阀34与上述连通管路的一端连接，上述第二储能装置132通过第五开关阀35与上述连通管路的另一端连接。
上述氢能发电子系统20可以包括储氢装置21和氢燃料电池发电装置22，上述储氢装置21的入口端通过第一阀门41与上述连通管路连接，上述储氢装置21的第一出口端通过第二阀门42与上述第二储能装置132的入口端连接；上述储氢装置21的第二出口端通过第三阀门43与上述氢燃料电池发电装置22的入口端连接。
在上述发电系统的运行过程中，上述第一储能装置131中的熔盐可以与上述第二储能装置132中的熔盐通过连通管路混合后进入储氢装置21中，混合后的熔盐对储氢装置21中的固体氢化物进行加热，使得氢气解吸附，将解吸附后的氢气通过管路输送至上述氢燃料电池发电装置22中，实现氢燃料电池发电。
其中，由于上述第一储能装置131中储存的熔盐温度高于上述第二储能装置132中储存的熔盐温度，因此通过调节两储能装置13的输出量即可控制进入储氢装置21的熔盐温度，从而可以保证固体氢化物处于合适的析氢温度。
具体的，为了控制熔盐和氢气传输的流量，上述第一阀门41、第二阀门42和第三阀门43可以为流量调节阀。
上述储氢装置21内可以装有储氢合金，储氢合金材料可以是镁系储氢材料、稀土系储氢材料或钛系储氢材料。上述储氢装置21内部还可以设有熔盐盘管管道，从而可以增加熔盐与固体氢化物间的传热效率。
上述氢燃料电池发电装置22可以采用任何以氢作为燃料的燃料电池技术，在此不作进一步的限定。
进一步的，在上述第二回路中，上述常规岛14可以包括汽轮机141、发电机142和凝汽机143，上述换热器12的第二出口端与上述汽轮机141连接，上述汽轮机141与上述发电机142连接，上述换热器12的第二入口端与上述凝汽机143的出口端连接。
与之对应的，上述换热器12可以为盐-水换热器12，用于实现熔盐与工质水之间的换热。在上述发电系统的运行过程中，经吸热后储存在第一储能装置131中的熔盐可以输送至换热器12中，将热量传递给上述第二回路中的工质水，从而能够产生高温蒸汽用于发电。之后，汽轮机141的排气经过凝汽机143冷凝成水继续在上述第二回路中循环传输。
为了提高换热效率，减少热量的损失，在上述储能装置13中存储及在上述第一回路中循环运输的换热储能介质具体可以采用二元熔盐(成分为40％KNO3+60％NaNO3)、三元熔盐(成分为7％NaNO3+53％KNO3+40％NaNO2)和三元熔盐(45％KNO3+48％Ca(NO3)2+7NaNO3)及其它以KNO3、NaNO3、NaNO2、Ca(NO3)2等作为成分的熔盐。
具体的，上述换热器12的结构可以根据实际需要进行设置。在一实施例中，上述换热器12可以为管壳式换热器12；在另一实施例中，上述换热器12可以为套管式换热器12或其他形式的换热器12。
其中，为了增加上述换热器12的换热效率，上述换热器12可以为多个串联布置，也可以为一列或多列。
进一步的，为了防止熔盐低于凝固点时凝固，上述第一储能装置131与上述第二储能装置132内均可以设置有浸没式电加热器。上述第一回路的管路上可以设置有电伴热组件，上述储能装置13与上述储氢装置21连接的管路上也可以设置有电伴热组件。
为了更好的理解本发明，以下将以具体的实施方式详细阐述本发明的具体实现过程。
在本发明实施例中，塔式太阳能集热器11通过反射、聚焦和吸收等过程实现光能到热能的转化，使熔盐升温至一定温度，打开第一开关阀31，将熔盐输送至第一储能装置131储存。
打开第二开关阀32，根据实际用电量的需求，部分或全部熔盐由第一储能装置131进入换热器12中，将热量传递给工质水，使工质水受热汽化成为合格的高温高压蒸汽进入汽轮机141做功，并通过发电机142发电。
在换热器12中已经释放热量的熔盐，进入第二储能装置132。打开第三开关阀33，熔盐由第二储能装置132经泵重新进入塔式太阳能集热器11吸收热量，提升熔盐温度。
当太阳能热发电子系统10的发电量不能够满足用电量的需求，需要氢能发电子系统20发电时，将第一阀门41和第二阀门42打开，采用熔盐对储氢装置21中的固体氢化物进行加热，使得氢气解吸附，在此过程中，为了保证固体氢化物的合适的析氢温度，可以打开第四开关阀34和第五开关阀35，采用第一储能装置131中的熔盐与第二储能装置132中的熔盐混合后进入固体储氢装置21的方式。
打开第三阀门43，释放的氢气进入氢燃料电池发电装置22，实现化学能到电能的转化，最终实现电力的输出，该部分电量可以作为厂用电，亦可作为上网电量。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发电系统，其特征在于，包括：
太阳能热发电子系统，包括塔式太阳能集热器、换热器、储能装置和常规岛，所述塔式太阳能集热器、换热器和储能装置通过管路连接形成第一回路，所述常规岛与所述换热器通过管路连接形成第二回路；所述储能装置用于储存热能，所述第一回路与所述第二回路通过所述换热器进行换热；
氢能发电子系统，所述氢能发电子系统与所述储能装置连接，将所述储能装置中储存的热能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述储能装置包括第一储能装置和第二储能装置，所述第一储能装置的入口端通过第一开关阀与所述塔式太阳能集热器的出口端连接，所述第一储能装置的出口端通过第二开关阀与所述换热器的第一入口端连接；所述第二储能装置的入口端与所述换热器的第一出口端连接，所述第二储能装置的出口端通过第三开关阀与所述塔式太阳能集热器的入口端连接。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述第一储能装置与所述第二储能装置之间设置有连通管路，所述第一储能装置通过第四开关阀与所述连通管路的一端连接，所述第二储能装置通过第五开关阀与所述连通管路的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述氢能发电子系统包括储氢装置和氢燃料电池发电装置，所述储氢装置的入口端通过第一阀门与所述连通管路连接，所述储氢装置的第一出口端通过第二阀门与所述第二储能装置的入口端连接；所述储氢装置的第二出口端通过第三阀门与所述氢燃料电池发电装置的入口端连接。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述第一阀门、第二阀门和第三阀门为流量调节阀。
6.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，在所述第二回路中，所述常规岛包括汽轮机、发电机和凝汽机，所述换热器的第二出口端与所述汽轮机连接，所述汽轮机与所述发电机连接，所述换热器的第二入口端与所述凝汽机的出口端连接。
7.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述第一回路中的换热储能介质为熔盐。
8.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述换热器为盐-水换热器。
9.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述第一储能装置与所述第二储能装置内均设置有浸没式电加热器。
10.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述储能装置与所述换热器连接的管路上设置有电伴热组件，所述储能装置与所述氢能发电子系统连接的管路上设置有电伴热组件。
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