專利名稱：槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用槽式太陽能驅(qū)動(dòng)中低溫斯特林發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)聚熱發(fā)電 (CSP)的裝置，該技術(shù)屬太陽能熱利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能聚熱發(fā)電(CSP)相比光伏發(fā)電(PV)具有規(guī)模大、集中度高、效率高等突出特點(diǎn)，但是面臨的共同課題是如何降低制造成本以及如何提高發(fā)電效率進(jìn)而降低發(fā)電成本，尤其是降低制造成本和提高發(fā)電效率就成為兩種太陽能發(fā)電技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。太陽能聚熱發(fā)電(CSP)主要有槽式、塔式、碟式以及反射菲涅爾等四種熱發(fā)電模式，其中槽式太陽能聚熱發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。該技術(shù)主要采用導(dǎo)熱油為傳熱工質(zhì)，經(jīng)導(dǎo)熱油換熱產(chǎn)生蒸汽后驅(qū)動(dòng)常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于導(dǎo)熱油工作溫度不能高于400度，因此限制了槽式太陽能發(fā)電效率的提高。但是近年來斯特林技術(shù)有了新的發(fā)展，出現(xiàn)了可以在400度以下工作的中低溫斯特林發(fā)電機(jī)，其光電轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到20 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通槽式太陽能熱發(fā)電 15%的綜合效率。目前國(guó)際太陽能聚熱發(fā)電(CSP)領(lǐng)域正在研究采用工質(zhì)替代技術(shù)來提高工質(zhì)溫度，借以提高效率，然而隨著溫度的提高，相應(yīng)地對(duì)集熱管等關(guān)鍵部件也提出了更高要求，致使成本提高。如果在原拋物槽太陽能熱發(fā)電基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)力機(jī)組進(jìn)行替換，改蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電為機(jī)電一體化斯特林發(fā)電，充分發(fā)揮槽式太陽能可以儲(chǔ)能而中低溫斯特林發(fā)電不消耗水的各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就可以大幅度降低制造和發(fā)電成本，創(chuàng)造同化石能源競(jìng)爭(zhēng)的有利條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源替代。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是為實(shí)現(xiàn)槽式太陽能與中低溫斯特林技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)而建立的槽式太陽能聚熱發(fā)電裝置。本實(shí)用新型由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、換熱儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱介質(zhì)、中低溫斯特林發(fā)電機(jī)、冷凝儲(chǔ)水器、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PCL控制器，液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，其特征在于直接將軟化純凈水霧化后作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接下一個(gè)拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過熱蒸汽；產(chǎn)生過熱蒸汽的拋物槽聚光陣列出口連接換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口端；換熱儲(chǔ)熱器出口端連接冷凝儲(chǔ)水器進(jìn)口 ；霧化閃蒸罐設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵；霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝儲(chǔ)水器；冷凝儲(chǔ)水器連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；將若干個(gè)斯特林發(fā)電機(jī)的熱端設(shè)置在換熱儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口上；互補(bǔ)鍋爐并聯(lián)在壓力泵出口和換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口之間；儲(chǔ)熱介質(zhì)為熔鹽；調(diào)節(jié)閥設(shè)置在管線中。另一技術(shù)方案是采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列出口連接換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口，換熱儲(chǔ)熱器出口連接壓力泵進(jìn)口端，壓力泵出口端連接拋物槽聚光陣列進(jìn)口 ；中低溫斯特林發(fā)電機(jī)成陣列式順序分布設(shè)置在換熱儲(chǔ)熱器周邊；中低溫斯特林發(fā)電機(jī)熱端安裝在換熱儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口內(nèi)；采用導(dǎo)熱油工質(zhì)的互補(bǔ)鍋爐與壓力泵和換熱儲(chǔ)熱器并聯(lián)； 采用熔鹽工質(zhì)的互補(bǔ)鍋爐串聯(lián)在拋物槽聚光陣列出口和換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口之間。所述線聚焦強(qiáng)化集熱管的金屬內(nèi)管是具有強(qiáng)化換熱功能的環(huán)形、或螺旋形、或金屬管表面有規(guī)則凸起成苞的波節(jié)金屬內(nèi)管，促使熱交換介質(zhì)變層流傳熱為湍流傳熱，同時(shí)可以承載不小于IOMpa的內(nèi)壓力；采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)時(shí)也可使用金屬直管。所述換熱儲(chǔ)熱器內(nèi)設(shè)置管狀換熱器，設(shè)置物料進(jìn)口、壓力調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器； 采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)可不設(shè)置管狀換熱器，但要設(shè)置溫度平衡攪拌裝置。所述壓力泵為高溫熔鹽泵、導(dǎo)熱油泵或水泵。所述霧化器是設(shè)有霧化噴頭的裝置。所述霧化閃蒸罐由汽包、霧化噴頭、高溫汽流進(jìn)出口、壓力控制閥出口端構(gòu)成。 所述壓力控制閥是能夠自動(dòng)保持和控制壓力的減壓閥或控制閥。所述互補(bǔ)鍋爐可使用生物質(zhì)燃料、礦物質(zhì)燃料或天然氣、沼氣、煤制氣、煤層氣、煤氣。該實(shí)用新型主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)1、直接將軟化純凈水霧化后作傳熱工質(zhì)，成本較低。2、線聚焦強(qiáng)化集熱管具有強(qiáng)化傳熱并對(duì)工質(zhì)進(jìn)行擾動(dòng)和破壞穩(wěn)流層實(shí)現(xiàn)湍流的作用，可大幅度提高光熱轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)射率。3、導(dǎo)熱油或熔鹽既是傳熱工質(zhì)也可以是儲(chǔ)熱介質(zhì)。4、斯特林機(jī)發(fā)電效率較高，可大幅度降低發(fā)電成本。5、充分利用儲(chǔ)熱功能，確保連續(xù)不間斷發(fā)電，延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間。6、整個(gè)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠性高，特別適合做分布能源。

圖1是本實(shí)用新型霧化水汽熱發(fā)電示意圖圖2是本實(shí)用新型導(dǎo)熱油熱發(fā)電示意圖圖3是本實(shí)用新型熔鹽熱發(fā)電示意圖其中1、拋物槽聚光陣列，2、線聚焦強(qiáng)化集熱管，3、霧化器，4、霧化閃蒸罐，5、壓力泵，6、壓力控制閥，7、換熱儲(chǔ)熱器，8、儲(chǔ)熱介質(zhì)，9、中低溫斯特林發(fā)電機(jī)，10、冷凝儲(chǔ)水器， 11、調(diào)節(jié)閥，12、互補(bǔ)鍋爐
具體實(shí)施方式
采用軟化純凈水作傳熱工質(zhì)，在拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接下一個(gè)拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過熱蒸汽；產(chǎn)生過熱蒸汽的拋物槽聚光陣列出口連接換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口端；換熱儲(chǔ)熱器出口端連接冷凝儲(chǔ)水器進(jìn)口 ；霧化閃蒸罐設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵；霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝儲(chǔ)水器；冷凝儲(chǔ)水器連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；將若干個(gè)斯特林發(fā)電機(jī)的熱端設(shè)置在換熱儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口上；互補(bǔ)鍋爐連接壓力泵和換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口 ；儲(chǔ)熱介質(zhì)為熔鹽。采用導(dǎo)熱油作傳熱工質(zhì)，熔鹽作儲(chǔ)熱介質(zhì)，壓力泵為高溫導(dǎo)熱油泵，換熱儲(chǔ)熱器為油鹽換熱?；蛑苯邮褂脤?dǎo)熱油作儲(chǔ)熱介質(zhì)，但需加大換熱儲(chǔ)熱器容量。采用熔鹽作傳熱工質(zhì)，可不設(shè)置管狀換熱器，但必須保證互補(bǔ)鍋爐接續(xù)及時(shí)，確保無光照的情況下為裝置提供儲(chǔ)備熱能，防止熔鹽凝固破壞整個(gè)裝置和設(shè)備。斯特林發(fā)電機(jī)設(shè)置數(shù)量根據(jù)發(fā)電規(guī)模和需求選擇，充分發(fā)揮做分布式能源的優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求1.槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、換熱儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱介質(zhì)、中低溫斯特林發(fā)電機(jī)、冷凝儲(chǔ)水器、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PCL控制器，液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，其特征在于直接將軟化純凈水霧化后作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接下一個(gè)拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過熱蒸汽；產(chǎn)生過熱蒸汽的拋物槽聚光陣列出口連接換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口端；換熱儲(chǔ)熱器出口端連接冷凝儲(chǔ)水器進(jìn)口 ；霧化閃蒸罐設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵；霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝儲(chǔ)水器；冷凝儲(chǔ)水器連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；將若干個(gè)斯特林發(fā)電機(jī)的熱端設(shè)置在換熱儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口上；互補(bǔ)鍋爐并聯(lián)在壓力泵出口和換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口之間；儲(chǔ)熱介質(zhì)為熔鹽；調(diào)節(jié)閥設(shè)置在管線中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列出口連接換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口，換熱儲(chǔ)熱器出口連接壓力泵進(jìn)口端，壓力泵出口端連接拋物槽聚光陣列進(jìn)口 ；中低溫斯特林發(fā)電機(jī)成陣列式順序分布設(shè)置在換熱儲(chǔ)熱器周邊；中低溫斯特林發(fā)電機(jī)熱端安裝在換熱儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口內(nèi)；采用導(dǎo)熱油工質(zhì)的互補(bǔ)鍋爐與壓力泵和換熱儲(chǔ)熱器并聯(lián)；采用熔鹽工質(zhì)的互補(bǔ)鍋爐串聯(lián)在拋物槽聚光陣列出口和換熱儲(chǔ)熱器進(jìn)口之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述線聚焦強(qiáng)化集熱管的金屬內(nèi)管是具有強(qiáng)化換熱功能的環(huán)形、或螺旋形、或金屬管表面有規(guī)則凸起成苞的波節(jié)金屬內(nèi)管，促使熱交換介質(zhì)變層流傳熱為湍流傳熱，同時(shí)可以承載不小于 IOMpa的內(nèi)壓力；采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)時(shí)也可使用金屬直管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述換熱儲(chǔ)熱器內(nèi)設(shè)置管狀換熱器，設(shè)置物料進(jìn)口、壓力調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器；采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)可不設(shè)置管狀換熱器，但要設(shè)置溫度平衡攪拌裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述壓力泵為高溫熔鹽泵、導(dǎo)熱油泵或水泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述霧化器是設(shè)有霧化噴頭的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述霧化閃蒸罐由汽包、霧化噴頭、高溫汽流進(jìn)出口、壓力控制閥出口端構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置，其特征在于所述互補(bǔ)鍋爐可使用生物質(zhì)燃料、礦物質(zhì)燃料或天然氣、沼氣、煤制氣、煤層氣、煤氣。
專利摘要本實(shí)用新型槽式太陽能中低溫斯特林熱發(fā)電裝置由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、換熱儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱介質(zhì)、中低溫斯特林發(fā)電機(jī)、冷凝儲(chǔ)水器、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PCL控制器，液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，本裝置使用霧化水汽、導(dǎo)熱油或熔鹽做傳熱工質(zhì)，通過換熱儲(chǔ)熱器為中低溫斯特林發(fā)電機(jī)提供熱能，直接驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)太陽能聚熱發(fā)電。該技術(shù)屬太陽能熱利用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F01K25/08GK201963504SQ201120064829
公開日2011年9月7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)明者張建城 申請(qǐng)人:張建城