[發(fā)明專利]一種塔式太陽能熱發(fā)電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510292301.0
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN104847607B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國民;張宇峰;張力
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司東臺市供電公司;江蘇茂源電氣有限公司
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F03G6/04
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所32207
• 代理人: 張?zhí)K沛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種塔式太陽能熱發(fā)電裝置，具體屬太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著可再生能源利用在全世界的蓬勃發(fā)展，太陽能聚熱發(fā)電(CSP)與光伏太陽能發(fā)電(PV)得到了較快的發(fā)展。太陽能聚熱發(fā)電(CSP)相比光伏太陽能發(fā)電具有規(guī)模大、集中度高、效率高等突出特點(diǎn)，但是面臨的共同問題是如何降低投資成本以及如何提高發(fā)電效率進(jìn)而降低發(fā)電成本，尤其是降低投資成本和提高發(fā)電效率就成為兩種太陽能發(fā)電技術(shù)競爭的焦點(diǎn)。

太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群，將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽或高溫氣體，驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。由許多定日鏡組成的龐大的定日鏡場，其面積非常大，聚光比很高，運(yùn)行溫度可達(dá)到1000～1500℃。用以吸收太陽熱能的熱流體通常有水、熔鹽、空氣等。

歐洲和以色列對采用空氣作為吸熱介質(zhì)的塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的換熱技術(shù)及蓄熱技術(shù)的研究較為關(guān)注，并開展了一些著名的研究項目，如德國于2009年投運(yùn)的Jülich電站，是一個試驗驗證電站，也是世界上第一個采用空氣作為傳熱介質(zhì)的塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

中國與以色列合作研發(fā)建成國內(nèi)首座70kw塔式太陽能熱發(fā)電示范工程，于2005年10月在南京江寧開發(fā)區(qū)成功并網(wǎng)發(fā)電，這是采用布雷頓循環(huán)原理建立的中國第一個塔式太陽能熱發(fā)電站。該電站通過太陽能空腔式接收器以空氣作傳熱工質(zhì)，輔之以天然氣和小型燃?xì)廨啓C(jī)率先實(shí)現(xiàn)了利用太陽能和布雷頓循環(huán)技術(shù)結(jié)合的熱發(fā)電裝置，其塔式系統(tǒng)的塔高為33米，采用32臺有效反射面積為19.6㎡的定日鏡，接收器的出口工作溫度為900℃，進(jìn)口壓力為0.4MPa，測試峰值轉(zhuǎn)換效率為85％，燃?xì)廨啓C(jī)熱電效率為28.5％。但由于腔式太陽能接收器入口太小，進(jìn)氣溫度難于和燃?xì)馀涮字率箤?shí)驗效果不太理想。但解決匹配性問題后，顯然將成為極有應(yīng)用前景的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。

值得關(guān)注的是以空氣作為吸熱介質(zhì)的塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用空氣作為熱載體。在這種方案中，聚焦的光線被投射到一種透氣材料(例如一種金屬絲編織物)，空氣從這種被加熱的材料中通過，由于空氣和這種集熱材料的接觸面很大，故傳熱很快，效率很高，而且可以把空氣加熱到1000℃以上的高溫。

上述系統(tǒng)采用了布列頓熱發(fā)電技術(shù)，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換效率高，主要采用空氣、空氣和水蒸氣為動力工質(zhì)，由太陽能提供高溫?zé)崮苓\(yùn)行。但其尾部均配套余熱鍋爐回收蒸汽用于朗肯循環(huán)發(fā)電，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

因此如何解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，充分發(fā)揮塔式太陽能聚光比高、溫度高的優(yōu)勢，克服太陽能熱發(fā)電技術(shù)中采用蒸汽朗肯循環(huán)的缺點(diǎn)，建立效率更高、新式的太陽能熱發(fā)電循環(huán)方式，成為該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種塔式太陽能熱發(fā)電裝置，采用頂循環(huán)跟底循環(huán)均為布列頓循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：頂循環(huán)采用空氣作為太陽能聚熱裝置的吸熱介質(zhì)，拖動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；底循環(huán)采用空氣作為循環(huán)工質(zhì)，回收頂循環(huán)高溫燃?xì)廨啓C(jī)排出氣體的余熱后，再經(jīng)太陽能聚熱裝置升溫后，用于底循環(huán)發(fā)電，在使太陽能熱利用合理的同時，簡化了流程，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。

本發(fā)明的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的：

一種塔式太陽能熱發(fā)電裝置，該裝置采用頂循環(huán)跟底循環(huán)均為布列頓循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：

所述的頂循環(huán)是指空氣20經(jīng)頂循環(huán)壓氣機(jī)21增壓后，形成壓縮空氣22，送入太陽能聚熱裝置的腔體式接收器23吸收熱量，產(chǎn)生的高溫空氣24驅(qū)動高溫燃?xì)廨啓C(jī)25拖動頂循環(huán)發(fā)電機(jī)26發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，高溫燃?xì)廨啓C(jī)25排出的空氣，經(jīng)回?zé)崞?7降溫后排入大氣，從而形成頂部布列頓循環(huán)回路；

所述的底循環(huán)是指空氣30經(jīng)底循環(huán)壓氣機(jī)31增壓后，產(chǎn)生底循環(huán)壓縮空氣32，通過回?zé)崞?7回收高溫燃?xì)廨啓C(jī)25的排氣熱量，產(chǎn)生的熱空氣33送入太陽能聚熱裝置的腔體式接收器34升溫后，形成底循環(huán)高溫空氣35，再送入底循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)36拖動底循環(huán)發(fā)電機(jī)38發(fā)電，底循環(huán)高溫空氣35經(jīng)底循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)36降壓降溫后排出，從而形成底部布列頓循環(huán)回路；

所述的頂循環(huán)和底循環(huán)通過回?zé)崞?7組成復(fù)疊式塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。

所述的塔式太陽能熱發(fā)電裝置設(shè)有必要的蓄熱子系統(tǒng)，用于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

設(shè)有空氣濾清器：所述的空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后送入頂循環(huán)壓氣機(jī)21、底循環(huán)壓氣機(jī)31；