專利名稱：一種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電技術(shù)不存在消耗大量化石能源和污染環(huán)境等問題，是ー種清潔和可持續(xù)的發(fā)電技術(shù)。太陽能熱發(fā)電技術(shù)以聚光式集熱器提供能量為主，主要分為拋物槽式、塔式和碟式三類。相對(duì)而言,拋物槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，已有商業(yè)化電站運(yùn)行。發(fā)展拋物槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的主要瓶頸是投資成本高、系統(tǒng)效率較低。因此提高系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)水平和尋求高效率的系統(tǒng)集成方法成為解決制約拋物槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要途徑。然而，目前的研究大多集中在提高系統(tǒng)關(guān)鍵単元的性能，如改善集熱管選擇性涂層、提高聚光鏡面反射率等。目前，以水為エ質(zhì)的直接蒸汽發(fā)生拋物槽式太陽能電站系統(tǒng)處于中試階段。該系 統(tǒng)有集熱效率高，中間換熱環(huán)節(jié)少等優(yōu)點(diǎn)。但存在系統(tǒng)控制困難，過熱蒸汽換熱效果差等問題。尤其是在蒸汽過熱段，過高壓力、溫度的蒸汽，對(duì)吸熱管的結(jié)構(gòu)及性能帶來了巨大挑戰(zhàn)。目前，以導(dǎo)熱油為エ質(zhì)的雙回路拋物槽式太陽能電站系統(tǒng)，通常采用導(dǎo)熱油一次通過方式。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的缺點(diǎn)在于整個(gè)槽式太陽能集熱場(chǎng)平均工作溫度較高，集熱效率較低，而且導(dǎo)熱油的使用量很大，系統(tǒng)投資大。本發(fā)明在現(xiàn)有已商業(yè)化的拋物槽式太陽能發(fā)電電站系統(tǒng)基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)流程及集成方式上出發(fā)，提出了單回路與雙回路相結(jié)合的拋物槽式太陽能集熱場(chǎng)。與傳統(tǒng)單ー類型的槽式太陽能集熱場(chǎng)相比，改變了蒸汽在吸熱管內(nèi)的換熱形式，提高了太陽能集熱單元的集熱效率；同時(shí)減小了太陽能集熱單元面積，降低太陽能集熱場(chǎng)投資；并且減少了中間傳熱エ質(zhì)的使用量，降低換熱系統(tǒng)投資。本發(fā)明因其系統(tǒng)的靈活性能夠顯著提高蒸汽參數(shù)，提高動(dòng)カ循環(huán)的熱效率，進(jìn)而改善整個(gè)系統(tǒng)效率，具有很好的商業(yè)化前景。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供ー種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，以克服以水為エ質(zhì)的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中エ質(zhì)過熱段換熱效率低、蒸汽參數(shù)低的瓶頸問題，提聞?wù)羝焚|(zhì)，提聞系統(tǒng)發(fā)電效率。( ニ )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了ー種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以水為エ質(zhì)的單回路式拋物槽式太陽能集熱單元、以導(dǎo)熱油或熔鹽為エ質(zhì)的雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元、換熱單元和動(dòng)カ發(fā)電單元，其中以水為エ質(zhì)的單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和以導(dǎo)熱油或熔鹽為エ質(zhì)的雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元，用于接收聚集太陽輻射能量；換熱單元，用于將雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元的能量傳遞給來自單回路式拋物槽式太陽能集熱單元的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽；發(fā)電單元，用于通過動(dòng)カ裝置將過該熱蒸汽轉(zhuǎn)化為電能。上述方案中，所述單回路式拋物槽式太陽能集熱單元以水為吸熱エ質(zhì)，將太陽輻射能加熱給水，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。上述方案中，所述雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元以中間傳熱エ質(zhì)為エ質(zhì)，將太陽輻射能用以加熱中間傳熱エ質(zhì)。上述方案中，所述單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元是直接會(huì)聚并接收太陽輻射能的不同傳熱エ質(zhì)、不同工作溫度區(qū)間的槽式太陽能集熱單元，其中單回路式拋物槽式太陽能集熱單元直接加熱給水，散熱損失少，集熱效率高，雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元借助中間傳熱エ質(zhì)，能夠提高集熱單元エ質(zhì)出口參數(shù)。上述方案中，所述單回路集熱單元以水為エ質(zhì)，接收的太陽輻射能通過太陽能集
上述方案中，所述雙回路集熱單元以熔鹽或?qū)嵊蜑楗ㄙ|(zhì)，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成中間傳熱エ質(zhì)的熱量。上述方案中，所述換熱単元為高效強(qiáng)化換熱設(shè)備，將該中間傳熱エ質(zhì)所攜帯的能量傳遞給來自單回路集熱單元中的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽，進(jìn)而提高蒸汽參數(shù)。上述方案中，所述發(fā)電單元采用的動(dòng)カ裝置為汽輪機(jī)發(fā)電裝置或螺桿機(jī)發(fā)電裝置。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，采用了復(fù)合集熱鏡場(chǎng)，即單回路和雙回路兩種不同的槽式太陽能集熱場(chǎng)。它改善了拋物槽式太陽能集熱場(chǎng)內(nèi)集熱溫度的匹配狀況，提高集熱效率，減小太陽能集熱場(chǎng)面積，降低太陽能集熱場(chǎng)的投資成本。2、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，單回路太陽能集熱場(chǎng)應(yīng)用于給水的預(yù)熱蒸發(fā)過程，沒有中間傳熱エ質(zhì)，減小了換熱次數(shù)，提高能量利用效率，降低了換熱系統(tǒng)投資。水在太陽能集熱器的預(yù)熱蒸發(fā)過程中，水與吸收器壁面對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，改善了集熱管內(nèi)的換熱效果，降低了散熱損失，提高了太陽能集熱場(chǎng)的集熱效率，降低所需集熱面積。3、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，雙回路太陽能集熱場(chǎng)應(yīng)用于給水的過熱過程。由于中間傳熱エ質(zhì)在集熱管管內(nèi)的換熱系數(shù)高于蒸汽在集熱管內(nèi)的換熱系數(shù)，因此改善了管內(nèi)的流動(dòng)傳熱效果。另外，以熔鹽為中間傳熱エ質(zhì)的系統(tǒng)中，能夠提高太陽能集熱場(chǎng)內(nèi)流體的出口溫度，進(jìn)而提高蒸汽參數(shù)，提高系統(tǒng)熱效率。4、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，來自雙回路太陽能集熱場(chǎng)的傳熱エ質(zhì)在換熱單元與來自單回路太陽能集熱場(chǎng)的飽和蒸汽進(jìn)行能量傳遞。換熱單元可采用高效換熱設(shè)備。相比蒸汽在太陽能吸熱器中受熱，其換熱效果大幅度提高。5、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，減少了中間傳熱エ質(zhì)的使用量，減小了換熱單元的容量，同時(shí)減少了諸如中間流體膨脹罐、泵等輔助裝置的使用數(shù)量，降低系統(tǒng)的投資。
6、本發(fā)明提供的這種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其中單回路太陽能集熱場(chǎng)與雙回路太陽能集熱場(chǎng)相互獨(dú)立又有機(jī)結(jié)合，具有很強(qiáng)的靈活性。單回路太陽能集熱場(chǎng)可產(chǎn)生更多的飽和蒸汽，用于諸如汽輪機(jī)的啟動(dòng)等需要消耗蒸汽的部位，改善系統(tǒng)的年均性能。


圖I為本發(fā)明提供的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明提出的ー種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)至少包括單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元、換熱單元和發(fā)電單元，其中，單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元是直接會(huì)聚并接收太陽輻射能的不同傳熱エ質(zhì)、不同工作溫度區(qū)間的槽式太陽能集熱單元。單回路式拋物槽式太陽能集熱單元以水為吸熱エ質(zhì)，將太陽輻射能加熱給水，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元以中間傳熱エ質(zhì)為エ質(zhì)，如導(dǎo)熱油或熔鹽，將太陽輻射能用以加熱中間傳熱工質(zhì)；換熱單元，是將中間傳熱エ質(zhì)エ質(zhì)所攜帯的能量傳遞給來自單回路中的飽和蒸汽，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽；發(fā)電單元，是通過動(dòng)カ裝置，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，將過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為電能。單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元是直接會(huì)聚并接收太陽輻射能的不同傳熱エ質(zhì)、不同工作溫度區(qū)間的槽式太陽能集熱單元。單回路式拋物槽式太陽能集熱單元直接加熱給水，散熱損失較少，集熱效率較高；雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元借助中間傳熱エ質(zhì)，能夠提高集熱單元エ質(zhì)出ロ參數(shù)。單回路式拋物槽式太陽能集熱單元以水為エ質(zhì)，拋物槽式太陽能集熱單元接收的太陽輻射能通過太陽能集熱器直接傳遞給エ質(zhì)-水，水在集熱器內(nèi)預(yù)熱蒸發(fā)后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢▔亥碌娘柡驼羝ｋp回路式拋物槽式太陽能集熱單元以熔鹽或?qū)嵊偷戎虚g傳熱エ質(zhì)為エ質(zhì)，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成導(dǎo)熱油或熔鹽エ質(zhì)的熱量。換熱單元為高效強(qiáng)化換熱設(shè)備，將該中間傳熱エ質(zhì)所攜帯的能量傳遞給來自單回路集熱単元中的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽，進(jìn)而提高蒸汽參數(shù)；發(fā)電單元，將來自換熱單元的過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電單元可以為汽輪機(jī)發(fā)電裝置或螺桿機(jī)發(fā)電裝置。上述方案中，所述的中間傳熱エ質(zhì)，可以為導(dǎo)熱油或熔鹽等耐高溫エ質(zhì)。再參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括單回路太陽能集熱場(chǎng)I、雙回路太陽能集熱場(chǎng)2、換熱單元3、及發(fā)電單元4。其中，單回路太陽能集熱場(chǎng)I、雙回路太陽能集熱場(chǎng)2用于聚集太陽輻射能，單回路太陽能集熱場(chǎng)I將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成給水的熱量，雙回路太陽能集熱場(chǎng)2將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成中間傳熱エ質(zhì)的熱量；在換熱子系統(tǒng)中，來自單回路太陽能集熱場(chǎng)的飽和蒸汽接收來自雙回路太陽能集熱場(chǎng)的高溫中間傳熱エ質(zhì)的熱量，使其變?yōu)檫^熱蒸汽；最后，過熱蒸汽進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電子系統(tǒng)的凝結(jié)水經(jīng)泵b再次進(jìn)入單回路太陽能集熱場(chǎng)完成預(yù)熱蒸發(fā)過程，然后進(jìn)入換熱子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蒸汽過熱，最后進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，如此實(shí)現(xiàn)往復(fù)循環(huán)。
參照?qǐng)D2，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中各部件及相應(yīng)的標(biāo)記為1-單回路太陽能集熱場(chǎng)；2_雙回路太陽能集熱場(chǎng)；3_蒸汽緩存罐；4_過熱器；5_再熱器；6_高壓缸；7_低 壓缸；8_冷凝器；9ー凝結(jié)水泵；10-低壓加熱器組；11_除氧器；12_高壓加熱器組。在圖2中，單回路太陽能集熱場(chǎng)I將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成給水的熱量，使其預(yù)熱蒸發(fā)，進(jìn)入蒸汽緩存罐3，雙回路太陽能集熱場(chǎng)2聚集太陽輻射能量加熱中間傳熱エ質(zhì)，經(jīng)過熱器4后，來自單回路太陽能集熱場(chǎng)I的飽和蒸汽接收來自雙回路太陽能集熱場(chǎng)2的高溫中間傳熱エ質(zhì)的熱量，使其變?yōu)檫^熱蒸汽，之后進(jìn)入汽輪機(jī)，汽輪機(jī)由高壓缸6和低壓缸7組成，采用一次再熱方式，過熱蒸汽由高壓缸6膨脹做功后經(jīng)再熱蒸汽過熱器5后進(jìn)入低壓缸7繼續(xù)膨脹做功，乏汽進(jìn)入冷凝器8冷凝，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵9和低壓加熱器組10、除氧器11和高壓加熱器組12完成動(dòng)カ循環(huán)。本發(fā)明還分別對(duì)上述的實(shí)施例與傳統(tǒng)一次通過雙回路導(dǎo)熱油太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了分析，實(shí)施例中的主要參數(shù)如表I所示，其熱カ性能如表2所示。與傳統(tǒng)導(dǎo)熱油槽式太陽能電站相比，在相同的功率輸出條件下，實(shí)施例中的設(shè)計(jì)點(diǎn)效率提高了 I. 4個(gè)百分點(diǎn)，集熱面積相對(duì)節(jié)約率為I. 61%，太陽能集熱場(chǎng)面積減小，可有效降低集熱場(chǎng)的投資和維護(hù)成本，進(jìn)而降低系統(tǒng)的比投資，此外，動(dòng)カ島主蒸汽提高到530°C，提升了動(dòng)カ循環(huán)效率?；谝陨戏治觯梢钥闯霰景l(fā)明中提出流程的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括以水為工質(zhì)的單回路式拋物槽式太陽能集熱單元、以導(dǎo)熱油或熔鹽為工質(zhì)的雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元、換熱單元和動(dòng)力發(fā)電單元，其中 以水為工質(zhì)的單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和以導(dǎo)熱油或熔鹽為工質(zhì)的雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元，用于接收聚集太陽輻射能量； 換熱單元，用于將雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元的能量傳遞給來自單回路式拋物槽式太陽能集熱單元的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽； 發(fā)電單元，用于通過動(dòng)力裝置將過該熱蒸汽轉(zhuǎn)化為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述單回路式拋物槽式太陽能集熱單元以水為吸熱工質(zhì)，將太陽輻射能加熱給水，使其轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元以中間傳熱工質(zhì)為工質(zhì)，將太陽輻射能用以加熱中間傳熱工質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元是直接會(huì)聚并接收太陽輻射能的不同傳熱工質(zhì)、不同工作溫度區(qū)間的槽式太陽能集熱單元，其中單回路式拋物槽式太陽能集熱單元直接加熱給水，散熱損失少，集熱效率高，雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元借助中間傳熱工質(zhì)，能夠提高集熱單元蒸汽出口參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述單回路集熱單元以水為工質(zhì)，接收的太陽輻射能通過太陽能集熱器直接傳遞給水工質(zhì)，水在集熱器內(nèi)預(yù)熱蒸發(fā)后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢▔毫ο碌娘柡驼羝?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙回路集熱單元以熔鹽或?qū)嵊蜑楣べ|(zhì)，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成中間傳熱工質(zhì)的熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱單元為高效強(qiáng)化換熱設(shè)備，將該中間傳熱工質(zhì)所攜帶的能量傳遞給來自單回路集熱單元中的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽，進(jìn)而提高蒸汽參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電單元采用的動(dòng)力裝置為汽輪機(jī)發(fā)電裝置或螺桿機(jī)發(fā)電裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括單回路式拋物槽式太陽能集熱單元、雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元、換熱單元和動(dòng)力發(fā)電單元。單回路式拋物槽式太陽能集熱單元和雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元接收聚集太陽輻射能量；換熱單元將雙回路式拋物槽式太陽能集熱單元的能量傳遞給來自單回路式拋物槽式太陽能集熱單元的飽和蒸汽，使該飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽；發(fā)電單元通過動(dòng)力裝置將該過熱蒸汽轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明解決了在中低溫條件下，目前雙回路工質(zhì)一次通過而引起的傳熱工質(zhì)與給水傳熱溫差大，不可逆損失大，發(fā)電效率降低的問題，提升了系統(tǒng)的靈活性，通過采用高溫傳熱介質(zhì)，提高了蒸汽參數(shù)，進(jìn)而提高太陽能熱發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F03G6/06GK102678489SQ201110060539
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者劉啟斌, 張傳強(qiáng), 金紅光, 韓巍, 高志超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所