一種太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法，屬于太陽能光熱利用領(lǐng)域。本系統(tǒng)主要由太陽能梯級集熱系統(tǒng)和梯級發(fā)電系統(tǒng)組成，梯級發(fā)電系統(tǒng)包括梯級布置的斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)，梯級集熱系統(tǒng)包括梯級布置的槽式聚光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置，梯級集熱系統(tǒng)生產(chǎn)的高溫氣體作為梯級布置的斯特林機(jī)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)的熱源。梯級集熱系統(tǒng)中，送風(fēng)裝置將氣體依次送往槽式聚光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置中進(jìn)行加熱，生產(chǎn)出高溫空氣。梯級發(fā)電系統(tǒng)利用集熱系統(tǒng)生產(chǎn)的高溫氣體先實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電循環(huán)，然后利用氣體余熱加熱有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)的有機(jī)工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)朗肯發(fā)電循環(huán)。
【專利說明】
-種太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法，更具體地，設(shè)及一種太陽能梯級集 熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)使用拋物線型槽式聚光集熱裝置將太陽光聚在一條直線上， 受限于槽式聚光集熱裝置較低的聚光能力，最高溫度一般低于400°C。技術(shù)成熟，但熱源溫 度低，導(dǎo)致能量品位低，效率較低，年平均效率只有10%左右。
[0003] 碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)利用碟式聚光集熱裝置將太陽光聚于一點(diǎn)，溫度可達(dá)iooor W上。而斯特林機(jī)由于其自身特性，可W在高溫工況下W高效率做功。在太陽能熱利用領(lǐng) 域，斯特林機(jī)可W利用高品位的太陽能發(fā)電，效率最高可達(dá)30%，遠(yuǎn)高于其他太陽能發(fā)電方 式，而且整個過程無需耗水，特別適用于缺水干旱地區(qū)。
[0004] 但是，碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，斯特林機(jī)的加熱器采用腔式吸熱器，內(nèi)部多用鋼鐘 溶液及其產(chǎn)生的蒸汽作為熱源換熱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建設(shè)成本高，且鋼鐘溶液屬于高?；び?品，運(yùn)行風(fēng)險大。也有其他熱源換熱方式，比如在外燃式發(fā)熱電系統(tǒng)中，使用燃燒產(chǎn)生的煙 氣作為熱源換熱，需要額外的燃燒設(shè)備，也存在建設(shè)成本高，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用，技術(shù)復(fù) 雜，不便與太陽能發(fā)熱結(jié)合等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種太陽能梯級集熱和梯級 發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法，其結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)成本低、綜合效率高。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種太陽能梯級集熱和梯級發(fā) 電系統(tǒng)，其特征在于，包括:太陽能梯級集熱系統(tǒng)，W及梯級發(fā)電系統(tǒng);所述梯級發(fā)電系統(tǒng)包 括梯級布置的斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng);所述斯特林機(jī) 發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括斯特林機(jī)，所述斯特林機(jī)包括斯特林機(jī)換熱器;所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī) 發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中，有機(jī)工質(zhì)換熱器、有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)、凝汽器、有機(jī)工質(zhì)累和有機(jī)工質(zhì)換 熱器依次連接成有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng);所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)包括梯級布置 的槽式聚光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置;所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)中，送風(fēng)裝置將氣體 依次送往所述槽式聚光集熱裝置和所述碟式聚光集熱裝置中進(jìn)行加熱，生產(chǎn)出的高溫氣體 送入所述梯級發(fā)電系統(tǒng)，先經(jīng)過所述斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電循環(huán)，后經(jīng) 過所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)，利用氣體余熱加熱所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)內(nèi)部的有 機(jī)工質(zhì)實(shí)現(xiàn)朗肯發(fā)電循環(huán);所述高溫氣體依次經(jīng)過所述斯特林機(jī)換熱器和所述有機(jī)工質(zhì)換 熱器換熱后，降溫并進(jìn)入所述送風(fēng)裝置。
[0007] 進(jìn)一步地，加熱斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)后，從所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)出來的 被吸熱后的高溫氣體與所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)在所述有機(jī)工質(zhì)換 熱器中逆向換熱。進(jìn)一步地，所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括一個或多個槽式聚光集熱裝 置，相互并聯(lián)或串聯(lián)或混聯(lián)。
[0008] 進(jìn)一步地，所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括一個或多個碟式聚光集熱裝置，相互 并聯(lián)或串聯(lián)或混聯(lián)。
[0009] 進(jìn)一步地，所述碟式聚光集熱裝置和所述槽式聚光集熱裝置包括對日追蹤系統(tǒng)， 所述對日追蹤系統(tǒng)連接電子控制裝置。
[0010] -種基于所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特征在于：
[0011] 所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的熱源介質(zhì)為氣體，所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電循 環(huán)子系統(tǒng)的做功介質(zhì)為有機(jī)工質(zhì)，
[0012] 所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)過程為，
[0013] (1)所述氣體經(jīng)由所述槽式聚光集熱裝置進(jìn)行第一次加熱；
[0014] (2)所述氣體經(jīng)第一次加熱后繼續(xù)通過所述碟式聚光集熱裝置進(jìn)行第二次加熱；
[0015] (3)所述氣體經(jīng)第二次加熱后，進(jìn)入所述斯特林機(jī)換熱器并放熱，所述氣體第一次 降溫；
[0016] (4)所述氣體第一次降溫后，進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)換熱器加熱所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電 循環(huán)子系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)，所述氣體第二次降溫；
[0017] (5)所述氣體在第二次降溫后，通入所述送風(fēng)裝置加壓，然后返回步驟(1);
[001引（6)所述有機(jī)工質(zhì)在步驟(4)中吸收熱量產(chǎn)生相變成為蒸汽；
[0019] (7)所述蒸汽進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)做功；
[0020] (8)所述蒸汽做工結(jié)束后經(jīng)過所述凝汽器，重新冷卻成為所述有機(jī)工質(zhì)；
[0021] (9)所述有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)累加壓后返回步驟(6)
[0022] 總體而言，本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效果:通 過槽式聚光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置的梯級集熱實(shí)現(xiàn)了太陽能資源的高效收集，提升 了氣體加熱能力，減小了加熱過程中的福射熱損;通過斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)汽輪 機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的梯級發(fā)電實(shí)現(xiàn)了不同品位太陽能的全面利用，提高了熱機(jī)輸出功率和 效率，提升了太陽能的利用效率。在斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中采用氣體熱源，擴(kuò)展了斯特林 發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的熱循環(huán)范圍，使得斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)能通過有機(jī)工質(zhì)換熱器將發(fā)電 余熱共享給有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)，簡化了設(shè)備，降低了成本，提升了系統(tǒng)的整體 穩(wěn)定性及安全性。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及能量循環(huán)示意圖。
[0024] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-槽式聚光集 熱裝置、2-碟式聚光集熱裝置、3-斯特林機(jī)換熱器、4-斯特林機(jī)、5-有機(jī)工質(zhì)換熱器、6-有機(jī) 工質(zhì)汽輪機(jī)、7-凝汽器、8-有機(jī)工質(zhì)累、9-送風(fēng)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0026] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明進(jìn)行整體的描述?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027] 請參照圖1，為本發(fā)明第一實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及能量循環(huán)示意圖。該系統(tǒng)包括太陽 能梯級集熱系統(tǒng)，W及梯級發(fā)電系統(tǒng)。在所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)中，所述槽式聚光集熱裝 置1和所述碟式聚光集熱裝置2依次連接構(gòu)成所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)，在所述梯級發(fā)電系 統(tǒng)中，斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)梯級布置構(gòu)成所述梯級發(fā)電系 統(tǒng)，其中所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括斯特林機(jī)4,所述 斯特林機(jī)4包括斯特林機(jī)換熱器3。有機(jī)工質(zhì)換熱器5、有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)6、凝汽器7、有機(jī)工質(zhì) 累8依次連接，且所述有機(jī)工質(zhì)累8連接至所述有機(jī)工質(zhì)換熱器5，構(gòu)成所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電 循環(huán)子系統(tǒng)。
[0028] 具體地，第一實(shí)施例包括太陽能梯級集熱系統(tǒng)，W及梯級發(fā)電系統(tǒng);所述梯級發(fā)電 系統(tǒng)包括梯級布置的斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)所述斯特林發(fā) 電循環(huán)子系統(tǒng)包括斯特林機(jī)4,所述斯特林機(jī)4包括斯特林機(jī)換熱器3;所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī) 發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中，有機(jī)工質(zhì)換熱器5、有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)6、凝汽器7和有機(jī)工質(zhì)累8依次連 接，且所述有機(jī)工質(zhì)累8連接至所述有機(jī)工質(zhì)換熱器5,構(gòu)成所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán) 回路;所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)包括梯級布置的槽式聚光集熱裝置1和碟式聚光集熱裝置 2;所述太陽能梯級集熱系統(tǒng)中，送風(fēng)裝置9將氣體依次送往所述槽式聚光集熱裝置1和所述 碟式聚光集熱裝置2中進(jìn)行加熱，生產(chǎn)出的高溫氣體送入所述梯級發(fā)電系統(tǒng)，先經(jīng)過所述斯 特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電循環(huán)，后經(jīng)過所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系 統(tǒng)，利用氣體余熱加熱所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)內(nèi)部的有機(jī)工質(zhì)實(shí)現(xiàn)朗肯發(fā)電循環(huán);所述高溫 氣體依次經(jīng)過所述斯特林機(jī)換熱器和所述有機(jī)工質(zhì)換熱器換熱后，降溫并進(jìn)入所述送風(fēng)裝 置9。在本實(shí)施例中，作為熱源的氣體為空氣。
[0029] 如圖1所示，所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中的高溫空氣與所述有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán) 子系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)在所述有機(jī)工質(zhì)換熱器5中逆向換熱，即所述高溫空氣和所述有機(jī)工 質(zhì)在所述有機(jī)工質(zhì)換熱器5中的流向相反，W提高換熱能力。所述碟式聚光集熱裝置1和所 述槽式聚光集熱裝置2包括對日追蹤系統(tǒng)（未圖示），所述對日追蹤系統(tǒng)連接電子控制裝置 (未圖示），W實(shí)現(xiàn)對太陽方位的追蹤，提高集熱能力。
[0030] 所述斯特林機(jī)4和所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)6后接發(fā)電機(jī)(未圖示），并與蓄電裝置(未 圖示)相連。
[0031 ]第一實(shí)施例的具體集熱及發(fā)電循環(huán)過程如下：
[0032] 所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)過程為，
[0033] (1)所述空氣經(jīng)由所述槽式聚光集熱裝置1進(jìn)行第一次加熱；
[0034] (2)所述空氣經(jīng)第一次加熱后繼續(xù)通過所述碟式聚光集熱裝置2進(jìn)行第二次加熱；
[0035] (3)所述氣體經(jīng)第二次加熱后，進(jìn)入所述斯特林機(jī)換熱器3并放熱，所述氣體第一 次降溫;其中，放出的熱能通過所述斯特林機(jī)換熱器巧日熱所述斯特林機(jī)4內(nèi)部工作介質(zhì)氮 氣，所述氮?dú)馀蛎涀龉?，所述斯特林機(jī)4帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；
[0036] (4)所述氣體第一次降溫后，進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)換熱器巧日熱所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電 循環(huán)子系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)，所述氣體第二次降溫；
[0037] (5)所述氣體在第二次降溫后，通入所述送風(fēng)裝置9加壓后返回步驟(1);
[003引（6)所述有機(jī)工質(zhì)在步驟(4)中吸收熱量產(chǎn)生相變成為蒸汽；
[0039] (7)所述蒸汽進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)6做功，所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)6帶動發(fā)電機(jī) 發(fā)電；
[0040] (8)所述蒸汽做工結(jié)束后經(jīng)過所述凝汽器7,重新冷卻成為所述有機(jī)工質(zhì)；
[0041] (9)所述有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)累8加壓后返回步驟(6)
[0042] 下面結(jié)合二個實(shí)驗(yàn)來對本發(fā)明第一實(shí)施例進(jìn)行說明，W下實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 及實(shí)驗(yàn)環(huán)境相同（接收的太陽能福射強(qiáng)度均為E = O.6kW/m2)，且使用的是最高加熱溫度為 30(TC的槽式聚光集熱裝置1，碟式聚光集熱裝置2面積為Si,槽式聚光集熱裝置1面積為S2， Si+S2 = 50m2。
[0043] 【實(shí)驗(yàn)一】第一實(shí)施例的太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)
[0044] 空氣經(jīng)由面積為Si的所述槽式聚光集熱裝置1加熱到300°C，再通過面積為S2的所 述碟式聚光集熱裝置2加熱至70(TC，后直接送入所述斯特林機(jī)換熱器3加熱所述斯特林機(jī)4 內(nèi)部的氮?dú)庾龉Α＝?jīng)過氮?dú)馕鼰岷?，空氣溫度降?00°C，進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)換熱器5與有機(jī) 工質(zhì)換熱，經(jīng)有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)發(fā)電后，溫度從400°C降為150°C。
[0045] 此過程中，經(jīng)過實(shí)測，斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的發(fā)電功率Pi = 6.95kW，有機(jī)工質(zhì)汽 輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的發(fā)電功率P2=1.56kW，
[0046] 總輸出功率 P = Pi+P2 = 6.95+1.56 = 8.51kW，
[0047] 整體效率
[004引
[0049] 【實(shí)驗(yàn)二】單獨(dú)W面積為Si的所述碟式聚光集熱裝置2供能的斯特林發(fā)電循環(huán)子系 統(tǒng)、單獨(dú)W面積為S2的所述槽式聚光集熱裝置1供能的有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)
[0050] 所述碟式聚光集熱裝置2將空氣從常溫加熱到700°C，經(jīng)所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系 統(tǒng)吸熱發(fā)電后空氣降溫至400°C，實(shí)測此時斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的發(fā)電功率Pi' = 6.95kW。
[0051] 由于本實(shí)驗(yàn)采用的面積為S2的槽式聚光集熱裝置I最高加熱溫度為300°C，空氣經(jīng) 過所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)后，溫度從300度降到150度，實(shí)測發(fā)電功率P2' = 0.83kW
[0化2] 二個相互獨(dú)立的系統(tǒng)總發(fā)電量P' =Pi'+P2' =7.78Kw
[00日3] 一水化Tf加古6句香綾估由就磊
[00日4]
[00對通過二個實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較可知，111礎(chǔ)^1 = 口1'瓜化'；即采用本發(fā)明的太陽能梯 級集熱及梯級發(fā)電系統(tǒng)，雖然梯級集熱效率比純碟式聚光集熱裝置的集熱效率降低，但是 斯特林發(fā)電循環(huán)的功率未降低，而有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)的功率卻得到了提高，除發(fā)電 功率外，整體發(fā)電效率也大于兩者分別獨(dú)立發(fā)電的效率。
[0056]在其他實(shí)施例中（未圖示），所述氣體也可W是氮?dú)?、氮?dú)獾取?br>[0057] 在其他實(shí)施例中（未圖示），所述的槽式聚光集熱裝置I設(shè)置為多個，多個槽式聚光 集熱裝置1之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)方式連接，并聯(lián)可W增大氣體流量，串聯(lián)可W延長 氣體加熱路徑，提升加熱能力。
[0058] 在其他實(shí)施例中（未圖示），所述的碟式聚光集熱裝置2設(shè)置為多個，多個碟式聚光 集熱裝置2之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)方式連接。
[0059] 未說明的設(shè)備、儀表、閥口、管路、保溫裝置等可采用公知的成熟技術(shù)進(jìn)行配套。
[0060] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0061] 1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了碟式太陽能發(fā)電技術(shù)與槽式太陽能發(fā)電技術(shù)的結(jié)合，通過槽式聚 光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置的梯級集熱實(shí)現(xiàn)了太陽能資源的高效收集，避免利用太陽 能將介質(zhì)從低溫直接加熱到高溫的功率不足問題，減小了加熱過程中的福射熱損；
[0062] 2、本發(fā)明通過斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的梯級 發(fā)電實(shí)現(xiàn)了不同品位太陽能的全面利用，高品位太陽能用于斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā) 電，低品位太陽能用于有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，提高了熱機(jī)整體輸出功 率和效率，提升了太陽能的整體利用效率，在太陽能電熱發(fā)電中具有廣闊的應(yīng)用和推廣前 景；
[0063] 3、本發(fā)明通過氣體作為梯級集熱系統(tǒng)及斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的熱源，簡化了斯 特林機(jī)原本復(fù)雜、昂貴、危險的加熱器結(jié)構(gòu)，簡化了設(shè)備，降低了斯特林機(jī)內(nèi)部換熱成本，提 升了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性及安全性，并且擴(kuò)展了單獨(dú)的斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)的熱源循環(huán)范 圍，使得斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的斯特林機(jī)和碟式聚光集熱裝置能分離設(shè)置，且能通過 有機(jī)工質(zhì)換熱器將熱源共享給有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)；
[0064] 4、碟式聚光集熱裝置雖然太陽能集熱效率高，但技術(shù)不成熟，成本高，槽式聚光集 熱裝置雖然太陽能集熱效率低、最高溫度也低，但是相應(yīng)地成本也低。因此，本發(fā)明把兩種 聚光集熱裝置梯級整合，雖然降低了聚光集熱裝置整體的集熱效率，斯特林機(jī)發(fā)電效率卻 基本不受影響，而通過斯特林循環(huán)換熱后的氣體，熱能高于槽式聚光集熱裝置單獨(dú)聚熱所 能達(dá)到的熱能，提升了有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)獲得的初始熱能，使得有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)循 環(huán)的熱能利用效率和發(fā)電功率均有所提高，從而整體的光能利用率和發(fā)電功率也得到提 局。
[0065] 5、在相同采光總面積上發(fā)出的電量大于槽式和碟式單獨(dú)的系統(tǒng)分別發(fā)出的電量 之和，而且由于采用梯級集成，槽式聚光集熱裝置在中低溫段集熱成本低，碟式聚光集熱裝 置在高溫段集熱效率高，聚光成本和換熱成本均降低，因此，相比單獨(dú)的碟式聚光集熱裝置 式發(fā)電系統(tǒng)和槽式聚光集熱裝置式發(fā)電系統(tǒng)更有優(yōu)勢，性價比更高，更適于大面積推廣。
[0066] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括:太陽能梯級集熱系統(tǒng)，以 及梯級發(fā)電系統(tǒng);所述梯級發(fā)電系統(tǒng)包括梯級布置的斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì) 汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng);所述斯特林機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)包括斯特林機(jī)，所述斯特林機(jī)包括 斯特林機(jī)換熱器;所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)中，有機(jī)工質(zhì)換熱器、有機(jī)工質(zhì)汽輪 機(jī)、凝汽器、有機(jī)工質(zhì)栗和有機(jī)工質(zhì)換熱器依次連接成有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng);所 述太陽能梯級集熱系統(tǒng)包括梯級布置的槽式聚光集熱裝置和碟式聚光集熱裝置;所述太陽 能梯級集熱系統(tǒng)中，送風(fēng)裝置將氣體依次送往所述槽式聚光集熱裝置和所述碟式聚光集熱 裝置中進(jìn)行加熱，生產(chǎn)出的高溫氣體送入所述梯級發(fā)電系統(tǒng)，先經(jīng)過所述斯特林機(jī)發(fā)電循 環(huán)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電循環(huán)，后經(jīng)過所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)，利用氣體余 熱加熱所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)內(nèi)部的有機(jī)工質(zhì)實(shí)現(xiàn)朗肯發(fā)電循環(huán);所述高溫氣體依次經(jīng)過所 述斯特林機(jī)換熱器和所述有機(jī)工質(zhì)換熱器換熱后，降溫并進(jìn)入所述送風(fēng)裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:加熱斯特林發(fā) 電循環(huán)子系統(tǒng)后，從所述斯特林發(fā)電循環(huán)子系統(tǒng)出來的被吸熱后的高溫氣體與所述有機(jī)工 質(zhì)在所述有機(jī)工質(zhì)換熱器中逆向換熱。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能梯級集熱系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能梯級集熱系統(tǒng) 包括多個槽式聚光集熱裝置，相互并聯(lián)或串聯(lián)或混聯(lián)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能梯級集熱系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能梯級集熱系統(tǒng) 系統(tǒng)包括多個碟式聚光集熱裝置，相互并聯(lián)或串聯(lián)或混聯(lián)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能梯級集熱系統(tǒng)，其特征在于:所述碟式聚光集熱裝置和 所述槽式聚光集熱裝置包括對日追蹤系統(tǒng)，所述對日追蹤系統(tǒng)連接電子控制裝置。6. -種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特征在于， 所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)為氣體，所述有機(jī)朗肯發(fā)電循環(huán)子系 統(tǒng)的做功介質(zhì)為有機(jī)工質(zhì)， 所述太陽能梯級集熱和梯級發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)過程為： (1) 所述氣體經(jīng)由所述槽式聚光集熱裝置進(jìn)行第一次加熱； (2) 所述氣體經(jīng)第一次加熱后繼續(xù)通過所述碟式聚光集熱裝置進(jìn)行第二次加熱； (3) 所述氣體經(jīng)第二次加熱后，進(jìn)入所述斯特林機(jī)換熱器并放熱，所述氣體第一次降 溫； (4) 所述氣體第一次降溫后，進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)換熱器加熱所述有機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán) 子系統(tǒng)中的有機(jī)工質(zhì)，所述氣體第二次降溫； (5) 所述氣體在第二次降溫后，通入所述送風(fēng)裝置加壓，然后返回步驟（1); (6) 所述有機(jī)工質(zhì)在步驟(4)中吸收熱量產(chǎn)生相變成為蒸汽； (7) 所述蒸汽進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)做功； (8) 所述蒸汽做工結(jié)束后經(jīng)過所述凝汽器，重新冷卻成為所述有機(jī)工質(zhì)； (9) 所述有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入所述有機(jī)工質(zhì)栗加壓后返回步驟(6)。
【文檔編號】F24J2/06GK105822513SQ201610317423
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】張燕平, 封華翼, 張 成, 黃樹紅
【申請人】華中科技大學(xué)