[發明專利]基于全程帶壓運行的全天候太陽能發電方法和系統

在審

• 申請號: 201710576955.5
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107401488A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 陳義龍;張亮;殷占民
• 申請（專利權）人: 武漢凱迪工程技術研究總院有限公司
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F24J2/05;F24J2/30;F24J2/48
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 胡鎮西

技術領域

本發明涉及太陽能熱電技術，特別是指一種基于全程帶壓運行的全天候太陽能發電方法和系統。

背景技術

太陽能熱發電，也叫聚焦型太陽能熱發電(Concentrating Solar Power，簡稱CSP)，是通過大量反射鏡以聚焦的方式將太陽能直射光聚集起來，加熱工質，產生高溫高壓的蒸汽，由蒸汽驅動汽輪機發電。

當前，太陽能熱發電按照太陽能采集方式主要劃分為：太陽能槽式發電、太陽能塔式熱發電、太陽能碟式熱發電。1)槽式系統是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內的工質加熱產生蒸汽，推動常規汽輪機發電。2)塔式系統是利用眾多的定日鏡，將太陽熱輻射反射到置于高塔頂部的高溫集熱器上，加熱工質產生過熱蒸汽，或直接加熱集熱器中的水產生過熱蒸汽，驅動汽輪機發電機組發電。3)碟式系統利用曲面聚光反射鏡，將入射陽光聚集在焦點處，在焦點處加熱吸熱工質，驅動熱機，實現光電轉化。

太陽能熱發電的傳熱介質，一般采用熔鹽、導熱油或空氣。其中，熔鹽通常是由諸如硝酸鉀、硝酸鈉和氯化鈉的混合物構成，其特點在于價格低廉，熱傳導性能良好，可以在常壓下儲存在大型容器里同時作為儲能介質進行儲熱。然而，由于熔鹽具有相對高的凝固點(120～240℃)，所流經的管路在系統啟動時需要進行預熱，從而造成了額外的能量消耗；此外，熔鹽材料對管材的耐腐蝕性要求高，從而會增加管材的使用成本。采用導熱油作為傳熱介質時，導熱油吸收太陽熱能后輸送到后續系統中進行利用；進行儲熱時，導熱油同時作為儲熱介質儲存到一個或多個導熱油罐中，當需要進行放熱時，將導熱油罐中的高溫導熱油直接輸送到后續系統進行利用。然而，目前的導熱油工作溫度必須控制在400攝氏度左右，超出這一溫度將會導致導熱油裂解、粘度提高以及傳熱效率降低等問題，從而限制了太陽能熱發電裝置的工作溫度及發電效率。采用熱空氣作為傳熱介質的方案具體是，低壓空氣首先在太陽能吸收器中被加熱，然后送往熱量回收蒸汽生產系統(Heat Recovery Steam Generating，簡稱HRSG)中加熱水產生蒸汽，隨后蒸汽被送往汽輪機中做功，帶動發電機發電。然而，這種方案的缺點在于，低壓空氣熱容比較小，對流換熱系數低，因此導致管道內空氣攜帶熱量的能力差，空氣的流速過高，整體管道壓損比較大。

由于受到晝夜、季節、天氣等因素的影響，太陽能集熱場采集的熱能是既間斷又不穩定的。為了保證太陽能熱發電的穩定性和持續性，可在發電系統中加入化石燃料發電機，當太陽光不穩定的時候，由化石燃料發電機補充發電。也有采用與太陽能集熱場并聯的蓄熱系統，在太陽輻射能量充足時儲存熱量，在太陽輻射能量不足時釋放熱量進行發電。現有的蓄熱系統一般采用熔鹽、導熱油等傳熱介質在儲罐內儲存的方式進行儲熱；由于氣體傳熱介質的熱容低，儲熱能力差，因此這種方式不適用于氣體傳熱介質。

為了集中熱能，提高發電效率，通常接收太陽光的采光板/集熱器采用模塊化布局，彼此間通過復雜的管路相連，在系統中各組太陽能集熱器受熱不均時，會帶來傳熱介質在管路系統中的阻力失衡，導致偏流、斷流的問題。由于氣體工質傳熱能力較差、流速過高，集熱管道過長等原因，上述問題在采用空氣作為傳熱介質的槽式太陽能集熱場中尤為突出，嚴重影響了集熱系統的傳熱效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種傳熱儲熱效率高、能夠實現全天候發電的基于全程帶壓運行的全天候太陽能發電方法和系統。

為實現上述目的，本發明所提供的基于全程帶壓運行的全天候太陽能發電方法，應用于包括太陽能集熱場、儲熱放熱系統和蒸汽發電系統的太陽能發電系統中，包括如下步驟：1)太陽能集熱場吸收太陽能并加熱低溫傳熱介質，所得高溫傳熱介質輸送到蒸汽發電系統中進行發電和/或輸送到儲熱放熱系統中與儲能介質換熱進行儲熱；2)將所述太陽能集熱場輸出的高溫傳熱介質與經由儲熱放熱系統換熱升溫得到的高溫傳熱介質同時輸送到蒸汽發電系統進行發電，或者單獨將儲熱放熱系統放熱得到的高溫傳熱介質輸送到蒸汽發電系統中進行發電；3)高溫傳熱介質在蒸汽發電系統中釋放熱能后得到的低溫傳熱介質返回太陽能集熱場再次進行集熱和/或返回儲熱放熱系統再次進行換熱升溫；上述步驟中，所述蒸汽發電系統利用高溫傳熱介質加熱生產蒸汽進行發電；所述傳熱介質為帶壓氣體介質，所述帶壓氣體介質包括空氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、甲烷、水蒸氣中的一種或多種。所述帶壓氣體介質的循環壓力優選為0.1Mpa～10MPa，進一步優選為0.1Mpa～3MPa。