本發(fā)明屬于太陽能光熱發(fā)電領域，具體涉及一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)。

背景技術：

1、太陽能熱發(fā)電技術作為目前可再生能源系統(tǒng)中極具前景的發(fā)電技術之一，其原理為通過利用大量反射器將太陽光輻射束集中到集熱器里加熱傳熱流體后將熱能儲存起來。當需要發(fā)電時，通過熱交換器和壓縮機將儲存的熱能通過傳熱流體傳導冷卻水或傳熱流體中使其蒸汽化，而后傳導至蒸汽發(fā)生器從而驅動發(fā)電機產電或供給熱用戶。

2、然而太陽能具有間歇性、不穩(wěn)定性等特點，在陰雨天等太陽光照不強的時段無法正常發(fā)電，利用熱能儲存技術可以有效的解決這一問題，滿足連續(xù)供電的需求。具體操作是在太陽能集熱器和蒸汽發(fā)生器之間設置一個儲能設備，在光照充足時進行儲能，在光照不足時釋放存儲的熱量為用戶供電或供熱。

3、相比于之前所常用的雙罐儲存，目前工程中常采用單個儲罐進行儲熱介質的存儲，包括內部存儲顯熱材料或相變材料的間接蓄熱儲罐和只利用傳熱流體熱分層效果的直接蓄熱儲罐。但無論是哪種儲罐，放置上述材料作為儲熱介質的儲罐往往具有很大的工作體積，其結構大部分為單層儲罐。由于實際的運行過程中太陽能受到季節(jié)、地理位置和天氣的綜合影響，導致罐內溫度變化頻繁，故分層儲罐得到了小部分應用。但目前對于分層儲罐的應用中，或是利用分層存儲不同溫度的工作流體后統(tǒng)一流出到一個位置再利用，或是利用分層將流入儲罐的工作流體在一層換熱后再通入另一層中，本質上還是一種運行情況。除此之外，由于實際光熱電站中常采用內部填充儲熱介質的大型儲罐，外部太陽光照的強度的波動性也導致了儲熱介質無法被高效利用就面臨清洗與更換的問題，造成設備維護和人力成本方面的額外浪費。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術不足，提供一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過利用分層儲罐構建兩套儲熱和放熱回路，在現(xiàn)有儲罐基礎上進一步提高了儲罐利用情況。根據(jù)太陽能強度選取運行回路，在正常實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電的情況下避免了儲熱介質多余的使用，以及額外的清理和維護成本。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)包含蓄熱部分、放熱部分和熱量利用部分；蓄熱部分包含光熱電站集熱器和儲罐；放熱部分包括儲罐和蒸汽發(fā)生器；熱量利用部分包括汽輪機、發(fā)電機、冷凝器和冷卻塔；儲罐為蓄熱部分和放熱部分的共用設備，所述儲罐分為不相連通的儲罐上層區(qū)和儲罐下層區(qū)；儲罐上層區(qū)包含網狀籠體、儲熱介質以及傳熱流體，所述網狀籠體設置在儲罐上層區(qū)內部，所述儲熱介質設置并被阻擋在網狀籠體內部，儲罐上層區(qū)內裝有傳熱流體，儲罐下層區(qū)內裝有傳熱流體；

4、光熱電站集熱器分別與儲罐上層區(qū)和儲罐下層區(qū)連接形成第一熱循環(huán)回路，

5、蒸汽發(fā)生器分別與儲罐上層區(qū)和儲罐下層區(qū)連接形成第二熱循環(huán)回路，

6、蒸汽發(fā)生器、汽輪機和冷凝器順次相連形成第三熱循環(huán)回路，第二熱循環(huán)回路通過蒸汽發(fā)生器與第三熱循環(huán)回路實現(xiàn)熱交換；

7、汽輪機與發(fā)電機相連；

8、冷凝器與冷卻塔相連形成第四熱循環(huán)回路，第三熱循環(huán)回路通過冷凝器與第四熱循環(huán)回路實現(xiàn)熱交換。

9、進一步地，所述儲罐上層區(qū)的拱頂和左側部分別設有上層熱流體入口管和上層冷流體入口管，儲罐上層區(qū)右側部由上至下分別設有上層熱流體出口管和上層冷流體出口管；所述儲罐下層區(qū)的左側部由上至下分別設有下層熱流體入口管和下層冷流體入口管，儲罐下層區(qū)右側部由上至下分別設有下層熱流體出口管和下層冷流體出口管，下層冷流體入口管與下層熱流體出口管對應，下層熱流體入口管與下層冷流體出口管對應，上層熱流體入口管與上層冷流體出口管對應，上層冷流體入口管與上層熱流體出口管對應。

10、進一步地，所述光熱電站集熱器吸收熱能的高溫流體經上層熱流體入口管和下層熱流體入口管流入儲罐內，儲罐上層區(qū)和儲罐下層區(qū)各自底部低溫的傳熱流體排出儲罐后分別經上層冷流體出口管和下層冷流體出口管流入光熱電站集熱器內，將傳熱流體加熱。

11、進一步地，所述上層熱流體出口管和下層熱流體出口管通過管道將儲罐內經儲熱介質蓄熱后儲存的高溫的傳熱流體通過蒸汽發(fā)生器將能量傳遞汽輪機，以驅動發(fā)電機發(fā)電，經蒸汽發(fā)生器熱交換后低溫流體經過上層冷流體入口管和所述下層冷流體入口管流回儲罐內。

12、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果：

13、本發(fā)明采用上層設有網狀籠體與儲熱介質的儲罐和下層存儲傳熱流體儲罐共同組成的儲能罐體設備，在現(xiàn)有以單罐取代雙罐作為儲能罐體設備的基礎上進一步提高了儲罐利用情況，在分層儲罐的設計基礎上建立相應蓄熱放熱回路，以太陽能強度的大小為依據(jù)進行回路選擇，在正常實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電蓄熱量的情況下實現(xiàn)靈活調配，避免了儲熱介質多余的使用和額外的清理和維護成本。

14、該系統(tǒng)通過利用分層儲罐構建兩套儲熱和放熱回路，在現(xiàn)有儲罐基礎上進一步提高了儲罐利用情況。根據(jù)太陽能強度選取運行回路，在正常實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電的情況下避免了儲熱介質多余的使用，以及額外的清理和維護成本。

15、為了更好的說明本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。以下實施例中，高溫的傳熱流體稱為熱流體，低溫的傳熱流體稱為冷流體。

技術特征：

1.一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：包含蓄熱部分、放熱部分和熱量利用部分；蓄熱部分包含光熱電站集熱器(1)和儲罐(2)；放熱部分包括儲罐(2)和蒸汽發(fā)生器(3)；熱量利用部分包括汽輪機(4)、發(fā)電機(5)、冷凝器(6)和冷卻塔(7)；

2.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述儲罐上層區(qū)(22)的拱頂(21)和左側部分別設有上層熱流體入口管(25)和上層冷流體入口管(27)，儲罐上層區(qū)(22)右側部由上至下分別設有上層熱流體出口管(213)和上層冷流體出口管(215)；所述儲罐下層區(qū)(23)的左側部由上至下分別設有下層熱流體入口管(29)和下層冷流體入口管(211)，儲罐下層區(qū)(23)右側部由上至下分別設有下層熱流體出口管(217)和下層冷流體出口管(220)，下層冷流體入口管(211)與下層熱流體出口管(217)對應，下層熱流體入口管(29)與下層冷流體出口管(220)對應，上層熱流體入口管(25)與上層冷流體出口管(215)對應，上層冷流體入口管(27)與上層熱流體出口管(213)對應。

3.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述光熱電站集熱器1吸收熱能的高溫流體經上層熱流體入口管(25)和下層熱流體入口管(29)流入儲罐(2)內，儲罐上層區(qū)(22)和儲罐下層區(qū)(23)各自底部低溫的傳熱流體(227)排出儲罐(2)后分別經上層冷流體出口管(215)和下層冷流體出口管(220)流入光熱電站集熱器(1)內，將傳熱流體(227)加熱。

4.根據(jù)權利要求3所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：上層熱流體入口管(25)和下層熱流體入口管(29)上分別設置有熱入口控制閥a(26)和熱入口控制閥e(210)，上層冷流體出口管(215)和下層冷流體出口管(220)上分別設置有冷出口控制閥b(216)和冷出口控制閥d(219)。

5.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述上層熱流體出口管(213)和下層熱流體出口管(217)通過管道將儲罐內經儲熱介質(226)蓄熱后儲存的高溫的傳熱流體(27)通過蒸汽發(fā)生器(3)將能量傳遞汽輪機(4)，以驅動發(fā)電機(5)發(fā)電，經蒸汽發(fā)生器(3)熱交換后低溫流體經過上層冷流體入口管(27)和所述下層冷流體入口管(211)流回儲罐(2)內。

6.根據(jù)權利要求5所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述上層熱流體出口管(213)和所述下層熱流體出口管(217)上分別設置有熱出口控制閥d(214)和熱出口控制閥h(218)，所述上層冷流體入口管(27)和所述下層冷流體入口管(211)上分別設置有冷入口控制閥c(28)和冷入口控制閥g(212)。

7.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述儲罐上層區(qū)(22)內部的網狀籠體(225)安置有一固定裝置，其包括上支撐架(222)和下支撐架(224)，上下支撐架之間設置有網狀籠體(225)；所述下支撐架(224)上設有一個網狀的支撐板(223)，所述支撐板(223)與下支撐架(224)固定，所述網狀籠體(225)的上部和底部分別對應與上支撐架(222)和下支撐架(224)連接。

8.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述儲熱介質(226)為球形，均勻充滿網狀籠體(225)內部，所述儲熱介質(226)的粒徑大于網狀籠體(225)的孔徑。

9.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述儲罐(2)的外壁設有保溫材料層(228)。

10.根據(jù)權利要求1所述一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，其特征在于：所述儲罐上層區(qū)(22)和儲罐下層區(qū)(23)由設置于儲罐(2)內的擋板(24)分隔，所述擋板(24)的材質為不銹鋼。

技術總結
一種基于雙層儲罐儲能的太陽能光熱系統(tǒng)，屬于太陽能光熱發(fā)電領域，它包含蓄熱部分、放熱部分和熱量利用部分；蓄熱部分包含光熱電站集熱器和儲罐；放熱部分包括儲罐和蒸汽發(fā)生器；熱量利用部分包括汽輪機、發(fā)電機、冷凝器和冷卻塔；儲罐為蓄熱部分和放熱部分的共用設備，所述儲罐分為不相連通的儲罐上層區(qū)和儲罐下層區(qū)；儲罐上層區(qū)包含網狀籠體、儲熱介質以及傳熱流體，所述網狀籠體設置在儲罐上層區(qū)內部，所述儲熱介質設置并被阻擋在網狀籠體內部，儲罐上層區(qū)內裝有傳熱流體，儲罐下層區(qū)內裝有傳熱流體。本發(fā)明利用分層儲罐構建兩套儲熱和放熱回路，提高了儲罐利用情況，免了儲熱介質多余的使用和額外的清理。

技術研發(fā)人員：翁志強,劉曉燕,郭錦濤,楊新康,賈永英,聶鑫
受保護的技術使用者：東北石油大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21