一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，屬于光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起能源領(lǐng)域的廣泛興趣，以熔鹽作為傳熱介質(zhì)的塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)具有功率大，效率高，儲(chǔ)熱能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。典型的塔式熔鹽光熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器安裝于聚光塔塔頂，吸熱器由吸熱管密集排布而成，管徑較細(xì)，管壁較薄，在運(yùn)行過程中吸熱管容易出現(xiàn)凍堵及過熱工況，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且需要高功率的熔鹽栗將工質(zhì)栗送至聚光塔頂，系統(tǒng)自耗電較高。
[0004]為了避免典型塔式熔鹽光熱系統(tǒng)的各種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通過二次反射塔改變光路，將吸熱器置于地面的二次反射光熱技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。二次反射聚光系統(tǒng)包括定日境場(chǎng)、二次反射塔和吸熱器，太陽(yáng)光線經(jīng)定日鏡場(chǎng)匯聚至二次反射塔，二次反射塔將定日鏡場(chǎng)聚焦的太陽(yáng)光線進(jìn)行二次聚焦，二次反射塔將太陽(yáng)光線二次聚焦至吸熱器。該系統(tǒng)的定日鏡場(chǎng)多采用360°全周鏡場(chǎng)，二次反射鏡多采用旋轉(zhuǎn)雙曲面，光學(xué)系統(tǒng)光軸為該曲面的旋轉(zhuǎn)軸，光軸沿豎直方向。地面吸熱器開口朝上，吸熱器所使用的傳熱工質(zhì)以熔鹽、超臨界二氧化碳、氣體、固體顆粒等。
[0005]—個(gè)采用二次反射技術(shù)的電站，通常采用多個(gè)二次反射塔，每個(gè)塔正下方有一個(gè)吸熱器，產(chǎn)生的熱工質(zhì)通過互聯(lián)管道匯集到常規(guī)島中的大容量蓄熱罐中供電站調(diào)配發(fā)電。
[0006]但對(duì)于中高瑋度地區(qū)，南鏡場(chǎng)的光學(xué)效率比北鏡場(chǎng)低很多，同樣的能量輸出需要更多的定日鏡?，F(xiàn)有的二次反射鏡場(chǎng)多采用環(huán)狀布局，鏡場(chǎng)的南北跨度和東西跨度相差不大，且單塔單模塊規(guī)模較大，在電站模塊化布局時(shí)會(huì)浪費(fèi)大量的土地;現(xiàn)有的二次反射鏡光軸都是沿豎直方向的，且每座塔下設(shè)置一臺(tái)吸熱器，加熱后的工質(zhì)需要通過較長(zhǎng)的管道匯聚到常規(guī)島中的大容量蓄熱罐，熱工運(yùn)行模式較復(fù)雜，長(zhǎng)距離管道散熱較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)目前技術(shù)不能滿足現(xiàn)有的需要，提供一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)只選用北鏡場(chǎng)余弦效率最高的區(qū)域，最大限度地提高了光學(xué)效率，同等規(guī)模下節(jié)省了定日鏡數(shù)量，電站單位成本大幅降低，采用狹長(zhǎng)的橢圓形或菱形單側(cè)鏡場(chǎng)，進(jìn)行鏡場(chǎng)模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費(fèi)。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，由若干鏡場(chǎng)組合模塊和一個(gè)吸熱器組成，所述的每個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊均由鏡場(chǎng)和二次反射塔構(gòu)成，鏡場(chǎng)通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內(nèi)，其中，鏡場(chǎng)由若干定日鏡組成的呈橢圓形鏡場(chǎng)或菱形鏡場(chǎng)，鏡場(chǎng)組合模塊之間緊密排布在一起。
[0009]在本發(fā)明中:所述的鏡場(chǎng)為二次反射塔下余弦效率最高區(qū)域的北鏡場(chǎng)。
[0010]在本發(fā)明中:所述的二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場(chǎng)的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點(diǎn)，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點(diǎn)即吸熱器內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
1.只選用北鏡場(chǎng)余弦效率最高的區(qū)域，最大限度地提高了光學(xué)效率，同等規(guī)模下節(jié)省了定日鏡數(shù)量，電站單位成本大幅降低；
2.采用狹長(zhǎng)的橢圓形或菱形單側(cè)鏡場(chǎng)，進(jìn)行鏡場(chǎng)模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費(fèi)；
3.為每塊鏡場(chǎng)定制了不同焦距的二次反射鏡(雙曲面或橢球面)，各鏡場(chǎng)的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點(diǎn)，并共同匯聚到近地面處的吸熱器內(nèi)(公共下焦點(diǎn))，實(shí)際操作中可以達(dá)到任意高的聚光比。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；
圖2是本發(fā)明中的橢圓鏡場(chǎng)的系統(tǒng)示意圖；
圖3是本發(fā)明中的菱形鏡場(chǎng)的系統(tǒng)示意圖；
圖4是本發(fā)明中北半球春分日余弦效率分布圖。
[0013]其中:1.鏡場(chǎng);2.二次反射塔;3.二次反射光線;4.吸熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0015]實(shí)施例1
本實(shí)施例采用橢圓形鏡場(chǎng)，如圖2所示，一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，包括7個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊和一個(gè)吸熱器4組成，鏡場(chǎng)組合模塊之間緊密排布在一起，呈前三后四的排列方式，其中每個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊均由一個(gè)橢圓形鏡場(chǎng)I和一個(gè)二次反射塔2構(gòu)成，橢圓形鏡場(chǎng)I通過二次反射塔2中的二次反射鏡將二次反射光線3匯聚到近地面的吸熱器4內(nèi)，且前排二次反射塔2的高度須不遮擋后排二次反射塔2將二次反射光線3反射到吸熱器4內(nèi)即可。
[0016]
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用菱形鏡場(chǎng)，如圖3所示，一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，包括7個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊和一個(gè)吸熱器4組成，鏡場(chǎng)組合模塊之間緊密排布在一起，呈前三后四的排列方式，其中每個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊均由一個(gè)菱形鏡場(chǎng)I和一個(gè)二次反射塔2構(gòu)成，菱形鏡場(chǎng)I通過二次反射塔2中的二次反射鏡將二次反射光線3匯聚到近地面的吸熱器4內(nèi)，且前排二次反射塔2的高度須不遮擋后排二次反射塔2將二次反射光線3反射到吸熱器4內(nèi)即可。其中，二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場(chǎng)的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點(diǎn)，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點(diǎn)即吸熱器內(nèi)。數(shù)學(xué)上的雙曲面或橢球面都有兩個(gè)焦點(diǎn)，會(huì)聚光對(duì)準(zhǔn)其中一個(gè)焦點(diǎn)入射，反射到另一個(gè)焦點(diǎn)，這里的上焦點(diǎn)就是二次反射鏡背面空中的一個(gè)虛擬點(diǎn)，而下焦點(diǎn)就是吸熱器開口處。由于這樣的二次反射模塊可以在空間上任意組合，其在吸熱器處的聚光比是任意疊加的，所以可以達(dá)到任意高聚光比。
[0017]如圖4所示，圖中縱橫坐標(biāo)代表鏡場(chǎng)的平面尺寸，云紋分布圖表示了春分正午時(shí)的余弦效率值，顏色越淺，效率越高。本發(fā)明中的橢圓形鏡場(chǎng)或者菱形鏡場(chǎng)I選用了北半球余弦效率最高的區(qū)域，由于定日鏡都是跟著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的，但不面對(duì)太陽(yáng)，其反射面法線與太陽(yáng)入射角必然成某個(gè)角度，且每個(gè)位置不同時(shí)刻都在變化，在設(shè)計(jì)鏡場(chǎng)時(shí)通常取春分正午的余弦分布來逼近全年的均值。每塊鏡場(chǎng)I對(duì)應(yīng)的二次反射塔2都位于圖4的“白色圓圈位置”，相比于典型二次反射的圓形鏡場(chǎng)，整體效率大幅提升，從而大幅降低了同等規(guī)模系統(tǒng)中的定日鏡數(shù)量。
[0018]在實(shí)際操作中，可以根據(jù)需要，圖2和圖3中的鏡場(chǎng)組合模塊還可以不斷擴(kuò)展，鏡場(chǎng)組合模塊可以根據(jù)地形的形狀具體布置，從而實(shí)現(xiàn)極高的電站裝機(jī)容量，并在吸熱器焦平面處達(dá)到任意高的聚光比，從而驅(qū)動(dòng)各種溫度點(diǎn)的換熱工質(zhì)，并在同等溫度下將吸熱器效率提升到極致。
[0019]不嚴(yán)重影響余弦效率的前提下，鏡場(chǎng)組合模塊中的二次反射塔可以不在同一高度上，水平面內(nèi)的位置也可以小幅調(diào)整，前后排的二次塔有高度差，從而可以有效的防止前排二次反射塔對(duì)后排的遮擋。
[0020]以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不限于以上描述。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，任何對(duì)本技術(shù)方案的同等修改和替代都是在本發(fā)明的范圍之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，其特征在于:由若干鏡場(chǎng)組合模塊和一個(gè)吸熱器組成，所述的每個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊均由鏡場(chǎng)和二次反射塔構(gòu)成，鏡場(chǎng)通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內(nèi)，其中，鏡場(chǎng)由若干定日鏡組成的呈橢圓狹長(zhǎng)鏡場(chǎng)或菱形鏡場(chǎng)，鏡場(chǎng)組合模塊之間緊密排布在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的鏡場(chǎng)為二次反射塔下余弦效率最高區(qū)域的北鏡場(chǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場(chǎng)的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點(diǎn)，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點(diǎn)即吸熱器內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多二次反射塔共焦點(diǎn)的太陽(yáng)能光熱鏡場(chǎng)系統(tǒng)，由若干鏡場(chǎng)組合模塊和一個(gè)吸熱器組成，所述的每個(gè)鏡場(chǎng)組合模塊均由鏡場(chǎng)和二次反射塔構(gòu)成，鏡場(chǎng)通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內(nèi)，其中，鏡場(chǎng)由若干定日鏡組成的呈橢圓形鏡場(chǎng)或菱形鏡場(chǎng)，鏡場(chǎng)組合模塊之間緊密排布在一起。本發(fā)明能設(shè)計(jì)合理，只選用北鏡場(chǎng)余弦效率最高的區(qū)域，最大限度地提高了光學(xué)效率，同等規(guī)模下節(jié)省了定日鏡數(shù)量，電站單位成本大幅降低，采用狹長(zhǎng)的橢圓形或菱形單側(cè)鏡場(chǎng)，進(jìn)行鏡場(chǎng)模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費(fèi)。
【IPC分類】F24J2/10, F24J2/34
【公開號(hào)】CN105674588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610200839
【發(fā)明人】游思梁, 沈平, 孫楠, 宋士雄, 陳煜達(dá)
【申請(qǐng)人】上海晶電新能源有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日