[發明專利]一種帶蓄熱的太陽能直接蒸汽發電系統

有效

• 申請號: 201610162091.8
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105756873B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 孫杰;劉啟斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F24S23/00;F24S10/40;F24S10/70;F24S60/00;F22B1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種帶蓄熱的太陽能直接蒸汽發電系統，包括集熱子系統、蓄熱子系統及發電子系統。白天有輻照條件下，高溫高壓飽和蒸汽進入套管式線聚焦太陽能集熱器內管側，低溫熔鹽進入套管側。聚焦太陽能首先加熱熔鹽，熔鹽升溫后再加熱蒸汽至過熱狀態。部分過熱蒸汽進入高壓儲罐將熱量儲存，其余過熱蒸汽進入發電子系統發電。同時，熔鹽進入高溫熔鹽罐進行熱量儲存。夜晚無輻照條件下，高溫熔鹽罐內熔鹽經過熱器放熱后進入低溫熔鹽罐，高壓飽和蒸汽由高壓儲罐流出經過熱器加熱成為過熱蒸汽進入發電子系統發電。本發明將水/蒸汽既作為工質又作為主要蓄熱介質，配合少量熔鹽作為輔助蓄熱介質，實現了太陽能直接蒸汽發電技術的全天候發電。

技術領域

本發明屬于太陽能直接蒸汽發電技術領域，具體涉及一種帶蓄熱的太陽能直接蒸汽發電系統。

背景技術

太陽能熱發電是太陽能熱利用的主要形式之一，其中又以拋物槽式熱發電技術商業化程度最高，應用最廣泛。目前，槽式太陽能熱發電系統中的集熱子系統普遍以導熱油為傳熱介質，通過熱交換產生蒸汽進而推動汽輪機發電。由于導熱油的分解溫度限制了蒸汽參數的提高，導致汽輪機發電效率無法進一步提升。另一方面，導熱油價格昂貴，對環境存在潛在污染，且易燃、有毒。鑒于以上不足，采用太陽能直接加熱工質水產生蒸汽進行發電的新技術，即太陽能直接蒸汽發電技術，迅速發展起來。

太陽能直接蒸汽發電技術以工質水/蒸汽代替了傳熱介質導熱油，使得系統簡化、成本降低、環境壓力減小、安全性提高的優點得以體現。由于太陽輻照的日間周期性規律，為保證發電子系統晝夜連續運行則必須配備相應的蓄熱系統。然而，水/蒸汽工質在整個集熱回路中發生從過冷水、飽和水、飽和水/蒸汽、飽和蒸汽及過熱蒸汽的連續狀態變化，采用間接蓄熱介質和裝置不易進行溫度匹配，采用多級蓄熱又會出現在含有蒸汽的換熱段換熱效率底下的問題。另一方面，在過熱蒸汽段，由于聚焦太陽能對集熱器吸收管周向加熱不均勻，并且管內氣固換熱系數低，極易造成吸收管壁周向溫度分布不均，產生周向熱應力分布不均，導致吸收管發生變形甚至斷裂。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明提供了一種帶蓄熱的太陽能直接蒸汽發電系統，以解決太陽能直接蒸汽發電技術中的高效低成本蓄熱問題以及吸收管周向熱應力分布不均問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種帶蓄熱的太陽能直接蒸汽發電系統，該太陽能直接蒸汽發電系統包括集熱子系統，蓄熱子系統和發電子系統，其中：集熱子系統，用于收集太陽能熱量，并將收集的太陽能熱量一部分供給發電子系統進行發電，一部分輸送到蓄熱子系統中儲存；蓄熱子系統，用于儲存集熱子系統收集的太陽能熱量，并在無輻照條件下供給發電子系統進行發電；發電子系統，用于將集熱子系統或蓄熱子系統提供的熱量轉化為電能。

上述方案中，所述集熱子系統包括單管式線聚焦太陽能集熱器1、套管式線聚焦太陽能集熱器2、汽-水分離器3、再循環泵4和加壓循環泵5，其中：加壓循環泵5用于將工質水加壓循環進入單管式線聚焦太陽能集熱器1；單管式線聚焦太陽能集熱器1作為集熱子系統的預熱段與蒸發段，用于加熱工質水產生高溫高壓飽和水/蒸汽混合物；汽-水分離器3用于分離單管式線聚焦太陽能集熱器1產生的高溫高壓飽和水/蒸汽混合物，得到飽和水和飽和蒸汽；再循環泵4用于將分離后的飽和水經再循環重新進入單管式線聚焦太陽能集熱器1，并將分離后的飽和蒸汽進入套管式線聚焦太陽能集熱器2的內管側；套管式線聚焦太陽能集熱器2作為集熱子系統的過熱段，用于加熱飽和蒸汽至過熱狀態。

上述方案中，所述套管式線聚焦太陽能集熱器2的吸收管為套管結構，包括玻璃管16、真空層17、選擇吸收性涂層18、金屬套管19及金屬內管20；正常工作時，內管側為蒸汽，套管側為熔鹽，利用聚焦太陽能先后加熱熔鹽與蒸汽，借助熔鹽的流動性改善線聚焦太陽能對蒸汽加熱的周向均勻性，緩解周向溫差帶來的熱應力問題，提升系統的安全性與穩定性。