[發明專利]多模式塔式太陽能熱發電裝置

有效

• 申請號: 201310180471.0
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN104153954A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張建城
• 申請（專利權）人: 張建城
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F24J2/48
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明多模式塔式太陽能熱發電裝置兼顧不同的傳熱介質，采用創新的太陽能接收器，在保持熔鹽儲熱的技術基礎上，增加了與生物質能互補技術，在減少冷卻用水，降低成本、延長發電時數、擴大使用范圍上均有較大技術突破。該裝置屬太陽能熱發電技術領域。

背景技術

布雷頓循環熱發電技術最突出的優點是系統熱電轉換效率高，主要采用空氣、氦氣、二氧化碳氣為動力工質，以及由燃油、燃氣、核能、太陽能提供高溫熱能運行。很明顯，該技術不僅在燃氣發電、核電領域而且在太陽能熱發電領域也將會有很好的應用前景。美國專利US7685820“超臨界二氧化碳聚光太陽能發電系統裝置”詳述了通過熔鹽換熱并采用超臨界二氧化碳氣體作為動力工質的裝置構造，該專利是在傳統太陽能熔鹽儲熱換熱基礎上將郎肯循環蒸汽熱發電技術簡單替換為超臨界布雷頓循環動力發電，該專利的中國同族專利為200710306179.3。與此專利完全相同的美國專利申請US2012216536A1則改雙罐儲熱為單罐儲熱。美國專利US4479353A利用固體顆粒儲熱和傳熱實現郎肯蒸汽循環發電，與其相同的是專利US8109265B1，試圖通過固體顆粒獲得高溫空氣再換熱驅動布雷頓循環熱發電裝置，與該專利類似的是中國專利200910090284.7“太陽能熱發電用固體球流吸熱器”，其缺陷是定制的固體顆粒在光輻射環境中成自由落體下降，熱吸收率明顯低。其實，較早提出將超臨界布雷頓循環動力技術在太陽能熱發電領域應用的是中國北京工業大學，其次是于2005年在中國南京江寧開發區采用布雷頓循環原理建立的中國第一個塔式太陽能熱發電站。該電站通過太陽能空腔式接收器以空氣作傳熱工質，輔之以天然氣和小型燃氣輪機率先實現了利用太陽能和布雷頓循環技術結合的熱發電裝置，由于腔式太陽能接收器入口太小，進氣溫度難于和燃氣配套致使實驗失敗。以色列和澳大利亞實施的“郁金香”小型塔式太陽能熱發電試驗項目實際是該技術的繼續。中國專利201210418099.8“采用流沙儲熱傳熱的一體化塔式太陽能熱發電裝置”選擇的管式太陽能接收器與傳統直接蒸汽和熔鹽介質接收器在結構上并無大的區別，與WO2013006630A2專利幾近相同。它們存在的共同缺陷是太陽能接收器都是采用金屬排管直接吸熱，與傳統的熔鹽太陽能吸熱器有類似之處。塔式太陽能熱發電的固有缺陷是抗風荷性能差，定日鏡的風荷載與面積成正比，面積越大風載也越大，因此定日鏡抖動越嚴重，由此直接導致太陽能接收器表面能流密度大幅下降，傳熱介質溫度也會隨之出現大幅波動。因此，為克服塔式太陽能熱發電裝置存在的固有缺陷，必須創新太陽能接收器，只有揚長避短，才能充分發揮塔式太陽能聚光比高、溫度高的優勢，為采用效率更高的布雷頓循環動力發電模式奠定基礎。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為塔式太陽能熱發電裝置選擇多模式的動力發電技術，采用全新的太陽能接收器及其受熱結構和傳熱工質，通過不同技術的互補和熱能梯級利用實現光、熱、電利用效率最大化。本發明所采取的技術措施主要有四項，首先是發揮特種陶瓷吸熱性能以及導熱系數高的優勢，采用多種構造解決太陽能接收器吸熱、傳熱、受熱保溫等問題；二是采用布雷頓循環熱發電技術，簡化構造，盡可能降低制造成本；三是塔式太陽能發電裝置配置有機郎肯熱發電裝置或溴化鋰空調機組，實現熱能梯級利用；四是將塔式太陽能發電裝置與生物質氣發生裝置互補，實現太陽能和生物質能利用效率最大化。

本發明是通過以下技術方案實現的：