專利名稱：集群式太陽能發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集群式太陽能發(fā)電裝置，尤其涉及一種具有智能控制系統(tǒng)的集 群式太陽能發(fā)電裝置。
背景技術：
近年來，伴隨著石化燃料的使用，所產(chǎn)生的二氧化碳的排放引起全球變暖，或 由核電站事故引發(fā)的放射性廢棄物所產(chǎn)生的放射能污染等問題變得越來越嚴重。人們 對地球環(huán)境和能源的關心日益高漲。在這樣的情況下，作為取之不盡且清潔環(huán)保的能 源——太陽能正在全世界已得到廣泛應用。已有技術的太陽能發(fā)電的方式有多種，各有其特點，主要有兩大類光伏發(fā) 電和光熱發(fā)電，光伏發(fā)電是將太陽能直接轉化為電能，光熱發(fā)電是用太陽能加熱工作介 質，工作介質在發(fā)電機組中做功發(fā)電。光伏發(fā)電主要以太陽能電池及配套系統(tǒng)組成，其 結構簡單，容易運輸和安裝，但其占地面積大，能量分散，功率小，效力低而且成本非吊尚。光熱發(fā)電主要有太陽能塔式系統(tǒng)、太陽能槽式聚焦系統(tǒng)和斯特林盤式系統(tǒng)發(fā) 電，斯特靈盤式系統(tǒng)無法儲存能量，尤其在無太陽光或太陽光不充足的情況下，在應用 上受到很大的限制，而槽式系統(tǒng)的溫度不能達到很高的程度，塔式發(fā)電裝置的溫度雖然 比槽式發(fā)電裝置的溫度高，但在一定程度上也受到很大的限制，并使用熔鹽或油作為 工質，塔式系統(tǒng)具體結構詳見本發(fā)明人的授權發(fā)明CN201209519Y、CN201210197Y、 CN201263130Y等。塔式系統(tǒng)和槽式系統(tǒng)都燃用化石燃料作為太陽能的補充，在效率、 成本和對環(huán)境的影響上受到很多的限制。如圖1所示，已有技術的塔式發(fā)電裝置由太陽能收集裝置11、能量存儲裝置 12、蒸汽發(fā)生裝置13、蒸汽傳輸裝置14、發(fā)電裝置15和控制系統(tǒng)16五部分組成，太陽 能收集部分包括太陽能反射器、太陽能集熱器和能量傳輸管道，太陽能收集部分收集并 傳輸能量，熱能存儲部分將收集的能量存儲起來，以便供給蒸汽發(fā)生和傳輸部分，蒸汽 發(fā)生和傳輸部分產(chǎn)生熱蒸汽，熱蒸汽驅動發(fā)電部分發(fā)電，而控制系統(tǒng)對上述的每個過程 進行控制。實現(xiàn)不間斷發(fā)電，關于對存儲在熱能存儲器24的結構和控制為已知技術，其 內容參見專利號為ZL200820074910.4的專利。由于大多數(shù)太陽能發(fā)電裝置有其不可避免的缺點，故開發(fā)一種新型的太陽能發(fā) 電裝置成為必要，本發(fā)明使用集合為簇的集群來滿足需求，能夠按需供電并且效率較 高，整個過程無需補充燃用化石燃料的系統(tǒng)。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有裝置存在的上述缺點，而提供一種改進的集群 式太陽能發(fā)電裝置，實現(xiàn)集群式大規(guī)模太陽能發(fā)電，并且存儲功能和控制功能可實現(xiàn)太 陽能發(fā)電的不間斷性、智能性和環(huán)保性。
本發(fā)明的目的是由以下技術方案實現(xiàn)的。本集群式太陽能發(fā)電裝置由一個發(fā)電機組42和若干太陽能33塔組成，在每個太 陽能塔33上有太陽能反射器21、太陽能集熱器22、能量傳輸管道23、熱能存儲器24和 蒸汽發(fā)生器25，每個太陽能塔將太陽能經(jīng)過上述一系列裝置的轉換和傳輸產(chǎn)生蒸汽，蒸 汽經(jīng)過熱蒸汽傳輸管道26匯集到太陽能塔33外的蒸汽傳輸匯集管道41，而傳輸至發(fā)電 機組中，整個系統(tǒng)由智能的控制系統(tǒng)控制。該蒸汽傳輸匯集管道41有多條，并放射狀設 置。多個太陽能塔環(huán)繞在一個發(fā)電機組的周圍。多個太陽能塔的蒸汽傳輸管道26將產(chǎn) 生的蒸汽匯集到蒸汽傳輸匯集管道41，蒸汽傳輸匯集管道41通過蒸汽管道接頭43將蒸 汽傳輸至發(fā)電機組42中的汽輪機47，發(fā)電機組中的汽輪機47驅動發(fā)電機48做功發(fā)電。 每個太陽能塔設有太陽能收集裝置11、能量存儲裝置12、蒸汽發(fā)生裝置13和蒸汽傳輸裝 置14。太陽能塔33的能量存儲裝置12具有能量存儲功能，其中裝有具有惰性的具有熱 能存儲功能的介質。發(fā)電裝置15主要由發(fā)電機組42組成，主要包括汽輪機47和發(fā)電機 48部分，而發(fā)電機組42位于很多太陽能塔33的中心位置，這樣可把蒸汽管線的熱損失降 低到最小，控制系統(tǒng)對太陽能反射器21、太陽能集熱器22、能量傳輸管道23、熱能存儲 器24和蒸汽發(fā)生器23及發(fā)電機組42進行有效地控制。所述蒸汽傳輸匯集管道41經(jīng)過 多個太陽能塔33附近設置。其中太陽能收集裝置11包括太陽能反射器21、太陽能集熱器22和能量傳輸管 道23，對于太陽能收集裝置可以為碟式太陽能聚光鏡、點聚焦聚光鏡或其他具有太陽能 收集功能的收集裝置等，太陽能集熱器22為一種光熱轉換裝置，即將太陽光轉換成熱能 的裝置。能量存儲裝置12主要為熱能存儲器，其主要功能為將收集的能量通過具有熱能 存儲功能的惰性介質存儲起來，為蒸汽發(fā)生器提供充足的熱量?？刂蒲b置16為DCS控 制模式，分別對太陽能反射器21、太陽能集熱器22、熱能存儲器24、蒸汽發(fā)生器25和 發(fā)電機組42進行有效控制，具體講控制裝置16采用DCS控制器56加GPS時鐘的控制 模式，由DCS控制器控制多個單元站點，每個單元站點控制多個站點，包括方位角控制 站，高度角控制站，太陽能反射器控制站和太陽能集熱器控制站。本發(fā)明涉及一種具有智能控制系統(tǒng)的具有儲熱功能的集群式太陽能發(fā)電裝置， 其可用于大規(guī)模太陽能發(fā)電，尤其在沙漠、高原、荒漠和平原地區(qū)可實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電， 而且有助于改善周邊環(huán)境，防止沙漠擴大化，有助于綠色植被的生長，并且本裝置成本 低，成本低、壽命長，溫度高，熱損失少，以空氣為傳熱介質，其獨特的能量存儲功能 使發(fā)電受天氣的影響降低到最小，基本實現(xiàn)24小時發(fā)電。本集群式太陽能發(fā)電裝置對大 規(guī)模發(fā)電，太陽能的廣泛應用提供了空間。
圖1為已有技術的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的原理2為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置的方塊示意3為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置中單個太陽能塔結構示意4為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置的蒸汽管道連接示意5為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置發(fā)電示意6為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置的控制總圖
圖7為本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置的輸電線連接示意中主要標號說明11為太陽能收集裝置，12能量存儲裝置，13為蒸汽發(fā)生裝置，14為蒸汽傳輸裝 置，15為發(fā)電裝置，16為控制裝置，21為太陽能反射器，22太陽能集熱器，23為能量傳 輸管道，24為熱能存儲器，25為蒸汽發(fā)生器，26為蒸汽傳輸管道，27為熱量傳輸管道， 31為桁架，32為方位角控制裝置，33為太陽能塔，34為高度角控制裝置，41為蒸汽傳輸 匯集管道，42為發(fā)電機組，43為蒸汽管道接頭，44為輸出電網(wǎng)，45為增壓站，46為負 載，47為汽輪機，48為發(fā)電機，51為操作員站，52為工程師站，53為輸出設備，54為 GPS時鐘，55為服務器和交換機，56為DCS控制器，57為控制一個太陽能塔的單元站 點，58為方位角控制站，59高度角控制站，60為太陽能反射器的控制站，61為太陽能集 熱器的控制站，62為輸電線，63為輸電線桿。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置作進一步的說明。如圖2所示，本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置中太陽能發(fā)電裝置由一個發(fā)電機組 42和多個太陽能塔33組成，每個太陽能塔33單獨收集太陽能并存儲能量，產(chǎn)生蒸汽，多 個太陽能塔33產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽傳輸管道26匯集至太陽能塔33外的蒸汽傳輸匯集管 道41，并傳輸給發(fā)電機組42，整個系統(tǒng)由智能的控制系統(tǒng)控制。每個太陽能塔33都包括 太陽能收集裝置11、能量存儲裝置12、蒸汽發(fā)生裝置13，太陽能收集裝置11包括太陽能 反射器21、太陽能集熱器22及能量傳輸管道23，太陽能集熱器22將太陽能導向太陽能 反射器21，太陽能反射器21收集太陽能，氣泵產(chǎn)生氣流將熱量帶入能量傳輸管道23，用 空氣做為傳熱介質既安全又廉價，能量存儲裝置12包括熱能存儲器24和一些附屬管道， 熱氣流通過部分附屬管道進入熱能存儲器24，蒸汽發(fā)生裝置13包括蒸汽發(fā)生器25、蒸汽 傳輸管道26和熱量傳輸管道27，另一部分附屬管道進入熱量傳輸管道27，熱氣流再通過 這些管道進入蒸汽發(fā)生器25，熱氣流加熱蒸汽發(fā)生器25中的水，水受熱后產(chǎn)生水蒸汽， 熱的水蒸汽通過蒸汽傳輸管道26，傳向太陽能塔33外。太陽能塔33為中空柱狀結構， 該熱能存儲器24和蒸汽發(fā)生器25分別安裝在太陽能塔33的內部，熱能存儲器24在上， 蒸汽發(fā)生器25在下，也可以根據(jù)需要，將熱能存儲器24和蒸汽發(fā)生器25水平放置，太 陽能反射器21和太陽能集熱器22及能量傳輸管道23放置在太陽能塔33的頂部的圓盤型 的桁架31上，方位角控制裝置32為可以整體調節(jié)桁架31和所有太陽能反射器21和太陽 能集熱器22以及部分傳輸管道的方位角范圍，可在水平方向適度旋轉。高度角控制系統(tǒng) 34可以調節(jié)所有太陽能反射器21和太陽能集熱器22的高度角范圍，方位角控制裝置32 和高度角控制裝置34由整個控制系統(tǒng)控制，兩者的有效結合可以實現(xiàn)最佳的太陽能收集 角度，太陽能反射器21的軸心正對準太陽，實現(xiàn)太陽能收集的能量最大化，其中，方位 角控制裝置32和高度角控制裝置34為已知技術。太陽能反射器21在最大限度范圍內將收集到的太陽光反射至太陽能集熱器22， 太陽能反射器21和太陽能集熱器22有多套，每套中，太陽能反射器21和太陽能集熱器 22—一對應，構成太陽能收集裝置11，各個太陽能反射器21底部分別連接在桁架31內 部能量傳輸管道23上，并且可以和太陽能集熱器22及傳輸管道在垂直范圍內旋轉，并在桁架31上均勻分布，桁架31構成一旋轉平臺，收集的能量經(jīng)過太陽能集熱器22將能量 通過能量傳輸管道23傳輸給蒸汽發(fā)生器25，驅動蒸汽發(fā)生器25產(chǎn)生蒸汽。同時，蒸汽 發(fā)生器25停止工作或者不需要大量的能量時，太陽能集熱器22收集的能量將通過能量傳 輸管道23存儲在熱能存儲器24中，當蒸汽發(fā)生器25需要大量的熱量時，熱能存儲器24 將存儲的熱能釋放，并傳輸給蒸汽發(fā)生器25，另一種方式為太陽能集熱器22收集的能量 部分供給蒸汽發(fā)生器25發(fā)生蒸汽，另一部分能量將通過能量傳輸管道23存儲在熱能存儲 器24中，當蒸汽發(fā)生器25需要能量時，熱能存儲器24將存儲的熱能釋放，并傳輸給蒸 汽發(fā)生器25發(fā)生蒸汽，這樣就可以實現(xiàn)24小時不間斷地向蒸汽發(fā)生器25提供熱量，驅 動蒸汽發(fā)生器25產(chǎn)生蒸汽，可用于驅動汽輪機47，汽輪機47驅動發(fā)電機48做功發(fā)電。 這樣，多個太陽能反射器21和太陽能集熱器收集的熱量借助氣流通過能量傳輸管道23傳 遞到熱能存儲器24進行存儲，然后再通過熱量傳輸管道27傳遞到蒸汽發(fā)生器25，在蒸汽 發(fā)生器25中水被轉化成為水蒸汽，水蒸汽最后經(jīng)過蒸汽傳輸管道26流出太陽能塔33而 匯集到蒸汽傳輸匯集管道41。蒸汽傳輸匯集管道41通過蒸汽管道接頭43連接發(fā)電機組 42，蒸汽管道接頭43控制蒸汽傳輸匯集管道41向發(fā)電機組42的開閉及流量。而發(fā)電機 組42為發(fā)電裝置15的主要部分，其主要由汽輪機47和發(fā)電機48構成，熱蒸汽吹動汽輪 機47旋轉，帶動與汽輪機47相連的發(fā)電機48發(fā)電。因此，本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝 置的工作流程分為四個階段——采集熱量階段、儲存熱量階段、產(chǎn)生蒸汽階段和蒸汽發(fā) 電階段，前三個階段在太陽能塔33內完成，蒸汽發(fā)電在發(fā)電機組42中完成，且在前三個 階段也分別在太陽能塔33的頂部、上部和下部分別完成，功能明確，結構合理。如圖3、4和圖6、7所示，本發(fā)明中蒸汽傳輸匯集管道41有多條，并放射狀設 置，多個太陽能塔33環(huán)繞在一個發(fā)電機組42的周圍，多個太陽能塔33的蒸汽傳輸裝置 將產(chǎn)生的蒸汽匯集到蒸汽傳輸管道26，并傳輸至發(fā)電機組42。發(fā)電機組42連通多條蒸 汽傳輸匯集管道41，每條蒸汽傳輸匯集管道41連通多個蒸汽傳輸管道26，每條蒸汽傳輸 管道26連著一個太陽能塔33。因而，多個太陽能塔33的高溫蒸汽通過蒸汽傳輸管道26 匯集到一條蒸汽傳輸匯集管道41，多條蒸汽傳輸匯集管道41的高溫蒸汽經(jīng)過蒸汽管道接 頭43匯集到一個總的發(fā)電機組42，這樣，零散的蒸汽在蒸汽傳輸匯集管道41中匯集，并 從四面八方涌向中央的總的發(fā)電機組42，用來進行發(fā)電。高溫氣流的傳遞的阻力是相對 較小的，其熱量損耗也是相對較小的，對其控制的技術也是比較成熟的，汽輪機47和發(fā) 電機48非常便于選擇且質量也很可靠。每個太陽能塔33設有太陽能收集裝置11、能量存儲裝置12、蒸汽發(fā)生裝置13 和蒸汽傳輸裝置14。太陽能塔33的能量存儲裝置具有能量存儲功能，其中裝有具有惰性 的具有熱能存儲功能的介質，避免了不必要的熱量的損耗。所述蒸汽傳輸匯集管道41經(jīng)過多個太陽能塔33附近設置，這樣，蒸汽傳輸匯集 管道41的另一側便于維修時人、車輛和設備通過。蒸汽發(fā)生器25產(chǎn)生大量的熱蒸汽，通過蒸汽傳輸管道26傳輸給蒸汽傳輸匯集管 道41，蒸汽傳輸管道26和蒸汽傳輸匯集管道41之間采用不銹鋼管道焊接或旋接而成， 防止蒸汽的熱量損失，在蒸汽傳輸管道26和熱蒸汽傳輸匯集管道41外表面有保溫層，多 個蒸汽傳輸匯集管道41與蒸汽管道接頭43連接，經(jīng)蒸汽管道接頭43匯集的蒸汽傳輸給 發(fā)電機組42中的汽輪機47，蒸汽傳輸匯集管道41與汽輪機47為普通的管道連接方式，保證熱量不損失，密封，以上管道的鏈接為已知技術。汽輪機47推動發(fā)電機48做功發(fā) 電，并通過輸電線62傳輸，輸電線62架設在輸電線桿63之上，輸電線桿63架設在太陽 能塔33的附近一側，便于太陽能塔33之間有一定的空間，方便車輛可以進入，也方便維 修或進行其他的活動等。輸電線62連接到增壓站45上，電源通過增壓站45并入輸出電 網(wǎng)44，也可以根據(jù)需要供當?shù)氐呢撦d46使用。如圖5所示本發(fā)明集群式太陽能發(fā)電裝置的控制系統(tǒng)包括51為操作員站，52為 工程師站，53為輸出設備，54為GPS時鐘，55為服務器和交換機，56為DCS控制器， 57為一個太陽能塔的控制總站，58為方位角控制站，59為高度角控制站，60為太陽能反 射器控制站，62為太陽能集熱器控制站，其中每個單元站點57控制多個站點，包括方位 角控制站58、高度角控制站59、太陽能反射器的控制站60和太陽能集熱器的控制站61。 GPS時鐘54從地球同步衛(wèi)星上獲取標準時鐘信號信息，將這些信息在網(wǎng)絡中傳輸，以保 證網(wǎng)絡中控制器等設備與標準時鐘信號同步，系統(tǒng)并按此時間計算太陽實時運行軌跡。 DCS控制器56控制汽輪機、給水等常規(guī)電廠系統(tǒng)，并傳輸信號到不同的太陽能塔的單元 站點57，方位角控制站58，高度角控制站59，太陽能反射器的控制站60和太陽能集熱器 的控制站61這些控制站點根據(jù)信號有效準確的收集、存儲、輸送熱量，同時通過單元站 點57向DCS控制器56傳輸信號。同時操作員站和工程師站可根據(jù)實際需要對整個系統(tǒng) 進行有效調節(jié)。系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡結構為多層網(wǎng)絡結構，且配置了冗余環(huán)網(wǎng)。其中，控制 系統(tǒng)中的部分控制模塊為現(xiàn)有技術。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限 制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾， 均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于所述集群式太陽能發(fā)電裝置由發(fā)電機 組(42)和多個太陽能塔(33)組成，每個太陽能塔(33)單獨收集太陽能并存儲能量，產(chǎn) 生蒸汽，多個太陽能塔(33)產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽傳輸管道(26)匯集至太陽能塔(33)外 的蒸汽傳輸匯集管道(41)，并傳輸給發(fā)電機組(42)，整個系統(tǒng)由智能的控制系統(tǒng)控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于所述蒸汽傳輸匯集 管道(41)有多條，并放射狀設置。
3.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于多個太陽能塔(33) 環(huán)繞在一個發(fā)電機組(42)的周圍。
4.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于多個太陽能塔(33) 的蒸汽傳輸裝置將產(chǎn)生的蒸汽匯集到蒸汽傳輸匯集管道(41)，并傳輸至發(fā)電機組(42)。
5.根據(jù)權利要求3所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于每個太陽能塔(33) 設有太陽能收集裝置(11)、能量存儲裝置(12)、蒸汽發(fā)生裝置(13)。
6.根據(jù)權利要求5所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于太陽能塔(33)的能 量存儲裝置(12)具有能量存儲功能，其中裝有具有惰性的具有熱能存儲功能的介質。
7.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于所述蒸汽傳輸匯集 管道(41)經(jīng)過多個太陽能塔(33)附近設置。
8.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于控制部分采用DCS 控制器(56)加GPS時鐘(54)的控制模式，由DCS控制器(56)控制多個單元站點(57)， 每個單元站點(57)控制多個站點，包括方位角控制站(58)、高度角控制站(59)、太陽能 反射器的控制站(60)和太陽能集熱器的控制站(61)。
9.根據(jù)權利要求1所述的集群式太陽能發(fā)電裝置，其特征在于輸電線桿(63)經(jīng)過 多個太陽能塔(33)附近設置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集群式太陽能發(fā)電裝置，該集群式太陽能發(fā)電裝置由發(fā)電機組和多個太陽能塔組成，每個太陽能塔單獨收集太陽能并存儲能量，產(chǎn)生蒸汽，多個太陽能塔產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽傳輸管道匯集至太陽能塔外的蒸汽傳輸匯集管道，并傳輸給發(fā)電機組，整個系統(tǒng)由智能的控制系統(tǒng)控制，該蒸汽傳輸匯集管道有多條，并放射狀設置，多個太陽能塔環(huán)繞在一個發(fā)電機組的周圍，蒸汽傳輸匯集管道經(jīng)過多個太陽能塔附近設置，本發(fā)明太陽能發(fā)電系統(tǒng)制造成本低，壽命長，太陽能利用效率高，能有效改變周邊環(huán)境，利于環(huán)保，為太陽能光熱發(fā)電的應用提供了廣闊空間。
文檔編號F03G6/06GK102011715SQ200910070380
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月8日
發(fā)明者羅納德·德比 申請人:彩熙太陽能環(huán)保技術(天津)有限公司