[實用新型]一種帶有蓄熱的閉式氦氣輪機塔式太陽能熱發電系統

有效

• 申請號: 201621455908.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN207349036U
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 柯婷鳳;張靖煊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F01K25/00;F24S60/10
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本實用新型提供一種帶有蓄熱的閉式氦氣輪機塔式太陽能熱發電系統，包括：塔式太陽能集熱系統、蓄熱系統和動力系統，所述塔式太陽能集熱系統與所述蓄熱系統及所述動力系統組成第一循環系統，所述蓄熱系統與所述動力系統組成第二循環系統，所述塔式太陽能集熱系統采用氦氣作為吸熱工質，所述動力系統采用氦氣作為動力工質。本實用新型通過高溫、高效、結構緊湊的閉式氦氣輪機動力系統的應用，結合高效氦氣吸熱器設計、新型蓄熱系統設計實現了塔式太陽能系統經濟性的提高。

技術領域

本實用新型涉及一種塔式太陽能熱發電系統裝置，特別是涉及一種帶有蓄熱的閉式氦氣輪機塔式太陽能熱發電系統。

背景技術

太陽能資源豐富，但能流密度低，應運而生了聚光太陽能技術，聚光太陽發電系統耦合儲能技術可克服太陽輻射呈間歇性的缺陷，實現連續發電并具備基本負荷特征，使其明顯優于其他可再生能源技術，成為當前新能源和可再生能源開發與利用的最熱門研究方向?！笆濉睍r期，我國太陽能發電產業規模有望得到大幅提升。根據國家能源局提供的規模發展指標，到2020年底，實現7％電力結構比重的太陽能裝機規模，其中太陽能熱發電總裝機容量有望達到1000萬千瓦，約占太陽能總裝機容量的6％。

根據聚光方式的不同，聚光太陽能熱發電技術(CSP)主要有槽式、塔式、碟式和菲涅爾式，前兩者已進入商業化運行階段，后兩者處于示范和試驗階段。槽式發電技術最為成熟，商業化最為廣泛，約占全球商業化運行太陽能熱電站的85％。該技術只對太陽能輻射進行一維跟蹤，聚光比低，運行溫度基本在50-400℃，熱效率較低；與塔式、碟式系統相比，抗風系統差。碟式系統聚光比高達數百到數千，也可使換熱工質達到高溫，且其系統可單獨運行。但系統功率小，主要連接斯特林發電裝置。菲涅爾系統聚光效率高，但工作效率低，目前處于示范工程階段。塔式熱發電系統通常利用大量定日鏡將太陽輻射聚集在高塔頂端的集熱接收器上，使熱轉換工質(蒸汽、熔鹽、空氣等)獲得高溫，并驅動動力系統發電或進入蓄熱系統放熱。定日鏡采用雙軸跟蹤方式，聚光比可達150-2000倍，聚光效果高，工質溫度最高可達1600℃，該特點使得目前一些高效先進的動力系統的應用成為可能，從而提高熱功轉換效率，同時適合大規模發電。但其定日鏡需高精度跟蹤系統，且吸熱器需達到的溫度更高，因而鏡場及吸熱器造價高，導致發電成本高。相比與其他系統，塔式太陽能發電技術最具發展潛能。當前美國、西班牙、印度、南非、墨西哥、澳大利亞、中國等多國均對塔式太陽能系統投入大量研究，包括概念設計、部件研究、示范工程等，以提高塔式太陽能發電效率，降低投資成本，使塔式太陽能發電技術可與當前傳統發電型式發電成本相競爭。本實用新型涉及塔式太陽能新型換熱工質，新型蓄熱技術及新型動力系統，因而就這幾項對塔式太陽能熱發電系統現有技術進行說明。

1)吸熱、傳熱工質：塔式太陽能吸熱器傳熱工質多樣化，可以為水/蒸汽、熔鹽、常壓空氣、加壓空氣、超臨界蒸汽以及其他氣體。當前商業電站中主要采用水/蒸汽和熔鹽，其他介質處于示范、部件研究或概念設計階段。水/蒸汽是較成熟的吸熱工質，冷凝水被送至塔頂的吸熱器，依次被加熱、蒸發甚至過熱，該吸熱器技術成熟，換熱系數高，且輸送不可壓水至塔頂的水泵耗功少。飽和或過熱蒸氣可直接驅動成熟的汽輪機機組，或將熱量存儲于蓄熱系統中。但由于高溫蒸汽對應的壓力高，當前蒸汽溫度范圍為400-500℃，壓力范圍為5-12MPa，若蒸汽參數向火電裝置的超臨界參數發展，對應的壓力將超過20MPa。高壓環境要求吸熱器中管子厚度增加，管子應力也相應加大，會一定程度上降低吸收太陽輻射熱的換熱系數，限制了太陽的輻射通量。且吸熱器中產生過熱蒸汽存在不同區域換熱系數差異控制的問題，相比較而言飽和蒸汽對吸熱板壽命及吸熱控制更有利，因而商業化機組中通常偏向飽和蒸汽。目前世界上采用水/水蒸氣作為吸熱工質的塔式發電站主要有意大利的EURELIOS，日本的SUNSHINE，美國的Solar One，西班牙的CESA-1，俄羅斯的SPP-5，以及中國的八達嶺。