本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和工作方法，屬于能源與動(dòng)力領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

地球上水的總量為14億立方千米，但是淡水儲(chǔ)量?jī)H占全球總水量的2.53%，并且其中的69.5%以冰川和永久積雪、永凍地層的形式分布在南、北兩極地區(qū)、高山和地下很深的地方，難以被利用，能被人類所利用的淡水資源主要來(lái)自湖泊、河流、土壤濕氣和埋藏相對(duì)較淺的地下水盆地，同時(shí)可以利用的淡水資源存在分布不均的問(wèn)題，這導(dǎo)致很多地區(qū)面臨著水資源危機(jī)。人們已經(jīng)開(kāi)始找尋解決淡水資源緊缺的辦法，面對(duì)水資源危機(jī)，我們需要開(kāi)源節(jié)流，在節(jié)約用水的同時(shí)再“開(kāi)源”，開(kāi)發(fā)利用海水和鹽堿水資源，對(duì)海水和鹽堿水進(jìn)行淡化是解決淡水資源緊缺的的一條重要途徑。

現(xiàn)用的常規(guī)海水淡化方法包括：蒸餾法，反滲透法，電滲析法和冷凍法。蒸餾法是將海水加熱蒸發(fā)，再使蒸汽冷凝得到淡水。反滲透法是將海水加壓，以壓力差為推動(dòng)力，使水分子透過(guò)選擇性滲透膜從而得到淡水。電滲析法是以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性而脫除水中離子從而得到淡水。冷凍法是將海水冷卻結(jié)晶，再使不含鹽的碎冰晶體分離出并融化得到淡水。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)能源消耗很大，所需要的能源主要來(lái)自于石油和煤炭等化石燃料，因此投資比較高。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，很多地方將海水淡化和電力聯(lián)產(chǎn)、聯(lián)供。水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力，為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從而降低海水淡化成本，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

另一方面，在化石燃料日趨減少的情況下，太陽(yáng)能作為一種清潔能源，已經(jīng)成為了日常能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展，因此太陽(yáng)能技術(shù)也被應(yīng)用在海水淡化系統(tǒng)中。太陽(yáng)能海水淡化裝置將太陽(yáng)能利用裝置和傳統(tǒng)的海水淡化裝置結(jié)合起來(lái),用太陽(yáng)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，提供海水淡化裝置所需要的能量。太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于可獨(dú)立運(yùn)行，不受蒸汽、電力等條件限制，無(wú)污染、不消耗化石燃料。目前太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)應(yīng)用的最大障礙在于成本高和規(guī)模小，傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器存在能量收集效率低、系統(tǒng)升溫緩慢、熱效率不高等缺點(diǎn)。但是近年來(lái)各種新型高效太陽(yáng)能集熱技術(shù)的發(fā)展使得太陽(yáng)能海水淡化裝置優(yōu)點(diǎn)更加明顯。

海水淡水技術(shù)能否發(fā)展的關(guān)鍵在于能源，而太陽(yáng)能作為清潔能源，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)將會(huì)是海水淡化的一個(gè)重要發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種節(jié)能、兩用太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和方法。

該太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括自然海水儲(chǔ)罐，冷凝器，分配器，球閥a，預(yù)熱器，太陽(yáng)能集熱器，氣液分離器，膨脹機(jī)，發(fā)電機(jī)，淡水泵，淡水儲(chǔ)罐，球閥b，濃縮液泵，濃縮液儲(chǔ)罐；

自然海水儲(chǔ)罐出口與冷凝器的冷側(cè)入口相連，冷凝器的冷側(cè)出口與分配器入口相連，分配器第一出口與自然海水儲(chǔ)罐入口相連，分配器第二出口經(jīng)過(guò)球閥a與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，預(yù)熱器冷側(cè)出口經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能集熱器后與氣液分離器入口相連，氣液分離器的氣體出口與膨脹機(jī)入口相連，膨脹機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)相連，膨脹機(jī)出口與冷凝器熱側(cè)入口相連，冷凝器熱側(cè)出口與經(jīng)過(guò)淡水泵與淡水儲(chǔ)罐相連；氣液分離器的液體出口分成兩路，一路經(jīng)過(guò)球閥b與太陽(yáng)能集熱器液體入口相連，另一路與預(yù)熱器熱側(cè)入口相連，預(yù)熱器熱側(cè)出口經(jīng)過(guò)濃縮液泵與濃縮液儲(chǔ)罐相連。

該太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括以下兩種工作模式。

一、海水蒸發(fā)制淡水：

海水從海水儲(chǔ)罐經(jīng)過(guò)冷凝器冷側(cè)入口，在冷凝器中作為冷卻液體吸收熱流流體（水蒸汽）熱量，經(jīng)分配器一部分重新回到海水儲(chǔ)罐中進(jìn)行循環(huán)，一部分通過(guò)球閥a，經(jīng)預(yù)熱器冷側(cè)入口進(jìn)入預(yù)熱器，吸收熱側(cè)流體（濃縮液）熱量，再進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的熱量，在負(fù)壓條件下蒸發(fā)，進(jìn)入氣液分離器，其中水蒸氣分離出來(lái)，在膨脹機(jī)中膨脹做功，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向外輸出電能。高溫低壓蒸汽從膨脹機(jī)出來(lái)，經(jīng)冷凝器熱側(cè)入口進(jìn)入冷凝器，向冷流流體海水放出熱量，冷凝得到淡水，再經(jīng)淡水泵抽入淡水儲(chǔ)罐。

濃縮液從氣液分離器的另一個(gè)出口流出，從預(yù)熱器熱側(cè)入口流入，加熱流經(jīng)預(yù)熱器的海水，再由濃縮液泵抽入濃縮液儲(chǔ)罐。

二、鹽堿水或高含鹽水的濃縮結(jié)晶：

淡水蒸發(fā)部分與海水蒸發(fā)制淡水工作模式類似，鹽堿水或高含鹽水從海水儲(chǔ)罐經(jīng)過(guò)冷凝器冷側(cè)入口，作為冷卻液體吸收熱流流體（水蒸汽）熱量，經(jīng)分配器一部分重新回到海水儲(chǔ)罐中進(jìn)行循環(huán)，一部分通過(guò)球閥a，經(jīng)預(yù)熱器冷側(cè)入口進(jìn)入預(yù)熱器，吸收熱側(cè)流體（濃縮液）熱量，再進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的熱量，在負(fù)壓條件下蒸發(fā)，進(jìn)入氣液分離器，其中水蒸汽分離出來(lái)，在膨脹機(jī)中膨脹做功，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向外輸出電能。高溫低壓蒸汽從膨脹機(jī)出來(lái)，經(jīng)冷凝器熱側(cè)入口進(jìn)入冷凝器，向冷流流體海水放出熱量，冷凝得到淡水，再經(jīng)淡水泵抽入淡水儲(chǔ)罐；

濃縮液從氣液分離器液體出口流出，一小部分流向預(yù)熱器熱側(cè)入口，加熱流經(jīng)預(yù)熱器的海水，再由濃縮液泵抽入濃縮液儲(chǔ)罐。為了防止結(jié)晶堵塞太陽(yáng)能集熱器，采用加大流量沖刷的方式，從氣液分離器流出的濃縮液大部分經(jīng)過(guò)球閥b，與預(yù)熱器冷側(cè)出口的鹽堿水或高含鹽水混合，重新進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器。

兩種工作模式主要的區(qū)別在于濃縮液的流向，海水淡化時(shí)濃縮液全部經(jīng)過(guò)預(yù)熱器再經(jīng)濃縮液泵抽入濃縮液儲(chǔ)罐，鹽堿水或高含鹽水的濃縮結(jié)晶時(shí)大部分濃縮液通過(guò)球閥b重新進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器，增大通過(guò)太陽(yáng)能集熱器的鹽堿水或高含鹽水流量，達(dá)到防止結(jié)晶堵塞太陽(yáng)能集熱器的目的；

與常規(guī)僅生產(chǎn)淡水的太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)通過(guò)透平回收了水蒸氣的內(nèi)能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，能夠顯著降低生產(chǎn)單位淡水的能耗；

本發(fā)明將太陽(yáng)能裝置與海水淡化及發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，并且通過(guò)設(shè)置不同的流路以適應(yīng)海水和鹽堿水等不同原料。該系統(tǒng)具有太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，不受蒸汽條件限制，無(wú)污染、不消耗化石燃料的優(yōu)點(diǎn)，而且具有可以根據(jù)不同原料選擇工作方式的優(yōu)點(diǎn)，適用范圍更廣。該太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不同于常規(guī)的水電聯(lián)產(chǎn)，而是在制取淡水的同時(shí)向外輸出電能。適用于缺乏淡水資源，其他水資源和太陽(yáng)能充足的地區(qū)；

本系統(tǒng)需要通過(guò)太陽(yáng)能集熱器提供海水蒸發(fā)需要的熱量和溫度環(huán)境，為了提高太陽(yáng)光熱利用效率，一般要求系統(tǒng)內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)。同時(shí)本系統(tǒng)采用蒸餾法制取淡水，原料中如果存在易揮發(fā)性物質(zhì)，會(huì)跟隨水蒸汽存在于得到的淡水中，因此，為了得到較為純凈的淡水，要求所采用原料不含除水外的易揮發(fā)性物質(zhì)。

附圖說(shuō)明

附圖是本發(fā)明提出的太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)名稱：1.自然海水儲(chǔ)罐，2.海水（鹽堿水或高含鹽水），3.冷凝器，4分配器，5.濃縮液儲(chǔ)罐，6.淡水，7.淡水泵，8.淡水儲(chǔ)罐，9.球閥a，10.濃縮液泵，11.預(yù)熱器，12.球閥b，13.濃縮液，14.太陽(yáng)能集熱器，15.氣液分離器，16.水蒸汽，17.膨脹機(jī)，18.發(fā)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖說(shuō)明太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工作過(guò)程。

該太陽(yáng)光熱水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括以下兩種工作模式。

一、海水蒸發(fā)制淡水：

首先關(guān)閉球閥b12，打開(kāi)球閥a9。

海水2從海水儲(chǔ)罐1經(jīng)過(guò)冷凝器3冷側(cè)入口，作為冷卻液體吸收熱流流體（水蒸汽）熱量，經(jīng)分配器4一部分重新回到海水儲(chǔ)罐1中進(jìn)行循環(huán)，一部分通過(guò)球閥a9，經(jīng)預(yù)熱器11冷側(cè)入口進(jìn)入預(yù)熱器11，吸收熱側(cè)流體（濃縮液）熱量，再進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器14吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的熱量，在負(fù)壓條件下蒸發(fā)，進(jìn)入氣液分離器15，其中水蒸汽16分離出來(lái)，在膨脹機(jī)17中膨脹做功，膨脹機(jī)17帶動(dòng)發(fā)電機(jī)18向外輸出電能。高溫低壓蒸汽從膨脹機(jī)17出來(lái)，經(jīng)冷凝器3熱側(cè)入口進(jìn)入冷凝器3，向冷流流體海水2放出熱量，冷凝成淡水6，再經(jīng)淡水泵7抽入淡水儲(chǔ)罐8。

濃縮液13從氣液分離器15的液體出口流出，從預(yù)熱器11熱側(cè)入口流入，加熱流經(jīng)預(yù)熱器11的海水，再由濃縮液泵10抽入濃縮液儲(chǔ)罐5。

二、鹽堿水或高含鹽水的濃縮結(jié)晶：

首先打開(kāi)球閥b12，打開(kāi)球閥a9。

淡水蒸發(fā)部分與海水蒸發(fā)制淡水工作模式類似，鹽堿水或高含鹽水2從海水儲(chǔ)罐1經(jīng)過(guò)冷凝器3冷側(cè)入口，在冷凝器3中作為冷卻液體吸收熱流流體（水蒸汽）熱量，經(jīng)分配器4一部分重新回到海水儲(chǔ)罐1中進(jìn)行循環(huán)，一部分通過(guò)球閥a9，經(jīng)預(yù)熱器11冷側(cè)入口進(jìn)入預(yù)熱器11，吸收熱側(cè)流體（濃縮液）熱量，再進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器14吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的熱量，在負(fù)壓條件下蒸發(fā)，進(jìn)入氣液分離器15，其中水蒸汽16分離出來(lái)，在膨脹機(jī)17中膨脹做功，膨脹機(jī)17帶動(dòng)發(fā)電機(jī)18向外輸出電能。高溫低壓蒸汽從膨脹機(jī)17出來(lái)，經(jīng)冷凝器3熱側(cè)入口進(jìn)入冷凝器3，向冷流流體海水2放出熱量，冷凝得到淡水6，再經(jīng)淡水泵7抽入淡水儲(chǔ)罐8。

濃縮液13從氣液分離器15液體出口流出，一小部分流向預(yù)熱器11熱側(cè)入口，加熱流經(jīng)預(yù)熱器11的海水，再由濃縮液泵10抽入濃縮液儲(chǔ)罐5。為了防止結(jié)晶堵塞太陽(yáng)能集熱器14，采用加大流量沖刷的方式，從氣液分離器15流出的濃縮液13大部分經(jīng)過(guò)球閥b12，與預(yù)熱器11冷側(cè)出口的鹽堿水或高含鹽水混合，重新進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器14。

該系統(tǒng)可以通過(guò)改變流路的方式適應(yīng)不同的原料，包括海水和鹽堿水等不含易揮發(fā)氣體的液體，在制取淡水，得到濃縮液或結(jié)晶的同時(shí)發(fā)電。