溫動力泵、24動力發(fā)電裝置、25冷凝器、26霧化室、27換熱器、28凝結(jié)水罐、29整流器、30逆變器、31絕緣法蘭
【具體實施方式】
[0032]方案I
[0033]槽式儲熱蓄電和梯級蒸發(fā)熱發(fā)電采用串聯(lián)方式將槽式聚光器I連接，與現(xiàn)有太陽能光熱電站一樣形成聚光陣列，以“歐洲槽”為例，聚光陣列一般由4個或6個獨立驅(qū)動的聚光單列組成一個循環(huán)，其進(jìn)出口連接導(dǎo)熱油主管道，而該方案所不同的是，其中太陽能接收器采用串聯(lián)或并聯(lián)方式組成聚光陣列，聚光陣列的太陽能接收器3出口連接蒸發(fā)器20進(jìn)口，蒸發(fā)器3出口通向儲熱池21或儲熱蓄電池22，儲熱池21或儲熱蓄電池22出口連接高溫動力泵23，高溫動力泵23出口連接聚光陣列太陽能接收器3進(jìn)口，由此構(gòu)成由聚光、接收、傳熱、儲熱、換熱蒸發(fā)功能一體化的，且獨立完整的熱循環(huán)單元；每個熱循環(huán)單元的蒸發(fā)器3另一側(cè)傳輸動力工質(zhì)，其進(jìn)出口順序連接，形成梯級蒸發(fā)模式；在采用水做動力工質(zhì)時，梯級蒸發(fā)模式選擇霧化DSG直接蒸汽模式，在蒸汽飽和段和過熱段其間設(shè)置凝結(jié)水罐28，以及在梯級蒸發(fā)器3陣列進(jìn)口處設(shè)置霧化室26 ;在使用超臨界布雷頓動力發(fā)電裝置時則選擇二氧化碳等氣體做動力工質(zhì)，經(jīng)蒸發(fā)器3梯級陣列換熱蒸發(fā)后最終進(jìn)入動力發(fā)電裝置24膨脹做功；動力發(fā)電裝置24出口連接冷凝器25進(jìn)口，冷凝器25出口經(jīng)高溫動力泵23連接霧化室26進(jìn)口或直接連接蒸發(fā)器3陣列第一級進(jìn)口，由此完成動力工質(zhì)的梯級蒸發(fā)換能做功循環(huán)；儲熱蓄電池22正負(fù)電極分別連接整流器29、逆變器30，整流器29、逆變器30連接電網(wǎng)，承擔(dān)電站用電、儲電和送電任務(wù)。
[0034]該方案突出的特點有三點，一是太陽能熱發(fā)電站由數(shù)量不等的獨立的熱循環(huán)單元組成；其次是將大型熔鹽儲熱罐分解為規(guī)模不等的儲熱池21 ;三是將一部分儲熱池21改造成儲熱蓄電池22。由于高溫化學(xué)蓄電池需要使用熔鹽或硫作電解質(zhì)，且工況溫度在攝氏200度到600度不等，因此和太陽能熱發(fā)電使用的熔鹽儲熱技術(shù)完全相通。以鈉鎳熔鹽蓄電池為例，其構(gòu)造由鈉金屬負(fù)極、陶瓷管電解質(zhì)隔膜、氯化鎳電池正極、鈉氯化物電解液組成，電池負(fù)極為不銹鋼外殼，所需負(fù)極金屬鈉在首次充電中獲得。為兼顧太陽能熱發(fā)電需要，在將儲熱池21改造成儲熱蓄電池22時需將現(xiàn)有鈉鎳電池結(jié)構(gòu)倒置，也即將電池負(fù)極集流器19置于陶瓷管電解質(zhì)隔膜中心，正極集流器18圍繞陶瓷管布置，鈉氯化物熔鹽電解液與儲熱傳熱介質(zhì)合二而一，這樣做的結(jié)果不僅簡化電池結(jié)構(gòu)，還有利于電池大型化。本方案擬將各個熱循環(huán)單元的儲熱蓄電池22串聯(lián)組成兆瓦級大型電池堆，即可保證電站自身用電，也可在儲熱的同時蓄電，更重要的是充分利用蓄電池放電產(chǎn)生的化學(xué)熱為儲熱池21提供熱源。
[0035]方案2
[0036]選擇流沙塔式太陽能聚熱裝置為獨立的熱循環(huán)單元蒸發(fā)器20提供高溫?zé)嵩矗魃秤稍O(shè)置太陽能接收器3的6流沙注入口進(jìn)入，太陽能接收器3的垂直出口經(jīng)流沙儲熱室8、控制閥7將流沙注入流沙熱交換器11，流沙經(jīng)流沙熱交換器11進(jìn)入儲沙室9，流沙輸送裝置10將儲存在儲沙室9的流沙提升至位于太陽能接收塔2頂部的流沙注入口 6，形成獨具特色的不依賴于液體傳熱介質(zhì)的，且獨立的熱循環(huán)單元；將每一個熱循環(huán)單元的流沙熱交換器11的動力工質(zhì)進(jìn)出口順序連接，構(gòu)成梯級換熱直至驅(qū)動動力發(fā)電裝置24發(fā)電；流沙輸送裝置10設(shè)置于太陽能接收塔2塔身內(nèi)，也可設(shè)置在太陽能接收塔2的塔身外。
[0037]該方案的最突出特點是選擇流沙等固體物作傳熱介質(zhì)，特別是石英砂、陶瓷砂的儲熱溫度可達(dá)上千度，而太陽能接收器3選擇碳化硅材料制作，無論是壽命還是耐候性都要優(yōu)于金屬管接收器；其次是可以將太陽能接收塔2小型化，實現(xiàn)矩陣布置，縮短定目鏡4反射距離，有效降低紅外光損；三是可以更充分發(fā)揮塔式太陽能具有的高聚光比優(yōu)勢，提高光熱吸收和光電轉(zhuǎn)換效率；四是可以采用動力效率更高的布雷頓發(fā)電裝置，提高發(fā)電效率；五是有利于降低投資成本，這一點明顯優(yōu)于其它光熱發(fā)電技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.采用獨立循環(huán)儲熱蓄電和梯級換熱蒸發(fā)的太陽能熱發(fā)電站包括太陽能接收器、蒸發(fā)器及其蒸發(fā)器陣列、儲熱池或儲熱蓄電池、傳熱儲熱介質(zhì)或傳熱儲熱蓄電介質(zhì)、絕緣法蘭、高溫動力泵、動力工質(zhì)、動力發(fā)電裝置、冷凝器、霧化室、換熱器、凝結(jié)水罐、整流器、逆變器，其主要特征在于:將聚光、接收、傳熱和儲熱池或儲熱蓄電池以及蒸發(fā)器共同組成獨立的熱循環(huán)單元，其中太陽能接收器采用串聯(lián)或并聯(lián)方式組成聚光陣列，每一個聚光陣列的太陽能接收器出口連接蒸發(fā)器傳熱儲熱介質(zhì)進(jìn)口，蒸發(fā)器出口通向儲熱池或儲熱蓄電池，儲熱池或儲熱蓄電池出口連接高溫動力泵，高溫動力泵出口連接相對應(yīng)的太陽能接收器陣列進(jìn)口，由此構(gòu)成由聚光、接收、傳熱、儲熱、換熱蒸發(fā)功能一體化的，且獨立完整的熱循環(huán)單元；每個熱循環(huán)單元的蒸發(fā)器另一側(cè)的傳輸動力工質(zhì)端，其進(jìn)出口順序連接，組成蒸發(fā)器陣列，終端出口連接動力發(fā)電裝置進(jìn)口 ；采用水做動力工質(zhì)時選擇霧化DSG直接蒸汽模式，在蒸汽飽和段和過熱段其間設(shè)置凝結(jié)水罐，以及在梯級蒸發(fā)器陣列進(jìn)口處設(shè)置霧化室；動力工質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)器陣列梯級換熱后最終進(jìn)入動力發(fā)電裝置膨脹做功；動力發(fā)電裝置出口連接冷凝器進(jìn)口，冷凝器出口經(jīng)高溫動力泵連接霧化室進(jìn)口或直接連接蒸發(fā)器陣列第一級進(jìn)口，由此完成動力工質(zhì)的梯級蒸發(fā)換能做功循環(huán)；儲熱蓄電池正負(fù)電極分別連接整流器、逆變器，整流器、逆變器連接電網(wǎng)，承擔(dān)電站用電、儲電和送電任務(wù)；為串聯(lián)儲熱蓄電池組成高壓電池堆，在梯級蒸發(fā)器之間使用絕緣法蘭隔離各熱循環(huán)單元； 1)所述太陽能接收器為拋物槽式聚光接收器、或塔式聚光接收器、或菲涅爾式聚光接收器、或碟式聚光接收器；或流沙塔式太陽能接收器； 2)所述儲熱池為單一的熔鹽儲熱裝置，由熔鹽室、耐腐蝕壁、氮氣或氦氣室、儲沙保溫層、隔熱層組成； 3)所述儲熱蓄電池包括儲熱和蓄電兩部分，其中儲熱包括儲熱室、耐腐蝕壁、氮氣或氦氣室、儲沙保溫層、中間隔離板、隔熱層；中間隔離板另一側(cè)為蓄電池，包括必備的正極集流器、負(fù)極集流器，以及正負(fù)極固定裝置；儲熱蓄電池選擇鈉鎳、或鈉硫、或鋰硫高溫化學(xué)蓄電池，或正負(fù)電極分別為鎂、鋅、鉛、鋁、鐵的金屬化合物或混合物的高溫化學(xué)蓄電池；儲熱池和蓄電池由中間隔離板分隔，中間隔離板底部貫通，保證儲熱介質(zhì)在儲熱和蓄電之間流通； 4)所述傳熱儲熱介質(zhì)為熔鹽、或硫及硫的化合物或混合物； 5)所述傳熱儲熱蓄電介質(zhì)包括共熔硝酸類鹽、或氯化類鹽、或氟化類鹽、或溴化物鹽、或有機(jī)類熔鹽及其各類混合物熔鹽；或四氯鋁酸鈉鹽；或硫及硫的化合物或混合物； 6)所述動力發(fā)電裝置是指朗肯蒸汽動力熱發(fā)電裝置、或有機(jī)朗肯動力熱發(fā)電裝置、或布雷頓循環(huán)動力熱發(fā)電裝置； 7)所述動力工質(zhì)為水及霧化后形成的水汽、或二氧化碳?xì)?、或一氧化氮氣、或氦氣、或氨氣、或烷烴類有機(jī)溶劑和冷凝劑； 8)所述冷凝器為水或空氣冷凝器； 9)所述絕緣法蘭是指在金屬法蘭之間使用陶瓷、或巖棉、或石棉做絕緣材料隔離每一個熱循環(huán)單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1采用獨立循環(huán)儲熱蓄電和梯級換熱蒸發(fā)的太陽能熱發(fā)電站所述流沙塔式太陽能接收器，其特征在于:所述流沙塔式太陽能接收器包括太陽能接收塔、太陽能接收器、流沙注入口、流沙儲熱室、控制閥、流沙熱交換器、儲沙池、流沙輸送裝置以及由流沙構(gòu)成的傳熱儲熱介質(zhì)；其中流沙由設(shè)置在太陽能接收塔頂部的太陽能接收器流沙進(jìn)口注入，太陽能接收器的垂直出口經(jīng)流沙儲熱室、控制閥將流沙注入熱交換器，流沙經(jīng)熱交換器進(jìn)入儲沙室，流沙輸送裝置將儲存在儲沙室的流沙提升至位于塔身頂部的流沙注入口，最終形成獨立的熱循環(huán)單元；每一個熱循環(huán)單元的流沙熱交換器的動力工質(zhì)進(jìn)出口順序連接，構(gòu)成梯級換熱和蒸發(fā)器陣列，直至驅(qū)動動力發(fā)電裝置發(fā)電； 1)所述流沙為不同粒徑的石英砂粒、或玻璃微珠、或玻璃砂粒、或陶瓷砂粒、或金屬珠粒、或陶粒砂、或石墨顆粒、或玄武巖砂粒，或氧化鋁導(dǎo)熱球珠粒，或混合石墨的玻璃微珠； 2)所述流沙熱交換器為管式、或板式、或碳化硅陶瓷換熱器； 3)所述太陽能接收器采用碳化硅陶瓷換熱管、或由碳化硅陶瓷型磚組合構(gòu)筑的太陽能接收墻體，上端為流沙注入口，下端為流沙出口及控制閥； 4)在儲沙室邊緣一側(cè)設(shè)置儲熱蓄電池，依托高溫落砂或增設(shè)電加熱器保證儲熱介質(zhì)處于熔融態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明采用獨立的循環(huán)儲熱蓄電和梯級換熱蒸發(fā)技術(shù)，使用熔鹽或硫以及流沙作為儲熱傳熱流體，同槽式、塔式等太陽能聚光器相結(jié)合組成規(guī)?；奶柲軣岚l(fā)電站；該裝置在兼顧儲熱蓄電一體化設(shè)計的同時采用全新的梯級蒸發(fā)技術(shù)，既有利太陽能發(fā)電設(shè)備制造的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；?，也有利于降低電站投資成本，提高自身供電能力和降低運行費用，大幅增加發(fā)電時數(shù)，提高同化石能源發(fā)電競爭的能力。該裝置屬太陽能熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】F03G6/06
【公開號】CN104948400
【申請?zhí)枴緾N201410123725
【發(fā)明人】張建城
【申請人】張建城
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月31日