專利名稱：多級全效太陽能熱發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
太陽能在我國以及全世界都是最豐富和最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉矗⑶矣捎谇?潔無污染的特點，一直受到世界各國的廣泛重視。從物理機制看，太陽能的能量轉(zhuǎn)化包括光 電、光熱、光化學(xué)方式，而太陽能利用系統(tǒng)主要通過收集、儲存和轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)太陽能的利用。 太陽能發(fā)電技術(shù)是未來最具潛力的清潔能源技術(shù)，主要包括光伏發(fā)電與光熱發(fā)電兩類。太陽能光熱發(fā)電是把太陽輻射能先轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，主要包括熱 能的直接和間接發(fā)電兩類。太陽熱能直接發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能加熱相關(guān)部件直接發(fā)電，其本 體沒有活動部件，發(fā)電功率偏小，技術(shù)相對不成熟。太陽熱能間接發(fā)電系統(tǒng)中，利用收集的 太陽熱能通過熱機帶動發(fā)電機發(fā)電，除熱源采用方式為太陽能加熱，其基本原理與常規(guī)火 力發(fā)電類似，發(fā)電規(guī)模較大，技術(shù)較為成熟，主要包括聚光太陽能熱發(fā)電、太陽能熱氣流發(fā) 電、太陽池發(fā)電等。聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)作為低成本且具有規(guī)模化前景的清潔能源技術(shù)，是我國國 民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源技術(shù)，主要分為四種形式槽式、線式、碟式和塔式。槽式 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)利用槽式拋物面進(jìn)行聚光發(fā)電，傳熱蓄熱介質(zhì)通常采用導(dǎo)熱油，系統(tǒng)采 用蒸汽朗肯熱力循環(huán)、有機朗肯熱力循環(huán)等。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)利用定日鏡匯聚太陽 輻射能進(jìn)行發(fā)電，傳熱蓄熱介質(zhì)通常采用熔融鹽、過熱蒸汽與空氣，其系統(tǒng)通常采用蒸汽朗 肯熱力循環(huán)、高溫空氣復(fù)合熱力循環(huán)等。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)利用拋物面反射鏡進(jìn)行聚 光發(fā)電，傳熱蓄熱介質(zhì)通常采用空氣，其系統(tǒng)通常采用斯特林熱力循環(huán)，規(guī)模較小，可用于 分布式能源系統(tǒng)。線式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要利用菲涅爾鏡聚光發(fā)電，目前處于研發(fā)階段。 目前槽式與塔式熱發(fā)電技術(shù)已得到大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用。熱氣流發(fā)電系統(tǒng)與太陽池發(fā)電系統(tǒng)直接收集太陽輻射能進(jìn)行發(fā)電。熱氣流發(fā)電系 統(tǒng)中，集熱棚與地表蓄熱層利用溫室效應(yīng)吸收太陽輻射并加熱棚內(nèi)的空氣，空氣受熱膨脹 形成一股向上的動力，從而形成熱氣流驅(qū)動渦輪發(fā)電機組發(fā)電。太陽池發(fā)電系統(tǒng)中，水池直 接吸收太陽輻射，穩(wěn)定的鹽水層隔絕對流傳熱，形成了自然的蓄熱池或太陽池，底部的高溫 熱水被用于驅(qū)動氣輪機發(fā)電，其熱機系統(tǒng)通常采用有機朗肯循環(huán)。目前國內(nèi)外已有眾多相關(guān)發(fā)明專利，包括太陽能塔式熱發(fā)電方法、有機朗肯發(fā)電 方法、熱氣流發(fā)電方法，但不同溫度段發(fā)電方法間缺乏耦合，不能進(jìn)行全效能發(fā)電，因此需 要一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法， 該方法能較好地滿足規(guī)?；咝芴柲軣岚l(fā)電的要求。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)多級全效太陽能熱發(fā)電方法中，將塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)耦合連接，充分利用不同溫度段的熱 能進(jìn)行發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)匯聚吸收太陽輻射并形成高溫高壓空氣進(jìn)行發(fā)電， 排出的中溫空氣通過熱交換驅(qū)動空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)電，產(chǎn)生的尾氣直接驅(qū)動熱氣流發(fā) 電子系統(tǒng)發(fā)電，最后整個系統(tǒng)做功獲得的電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻后對外輸出。所述塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)包括定日鏡場、聚光塔、吸熱器、耐高溫泵、空氣熱 發(fā)電機與管路，在工作過程中，定日鏡場匯聚太陽輻射到聚光塔上方的吸熱器，耐高溫泵將 空氣直接吸入吸熱器中進(jìn)行加熱，然后通過空氣熱發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電，在這一子系統(tǒng)中，傳熱 工質(zhì)為高溫高壓空氣。所述空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、汽輪機、發(fā)電機、混合器、回?zé)崞鳌⒗淠髋c 泵，在工作過程中，將通過塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)后排出的中溫空氣吸入所述的空氣余 熱發(fā)電子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，使得蒸發(fā)器中的傳熱工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱量而蒸發(fā)，然后進(jìn) 入汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電完成后，傳熱工質(zhì)經(jīng)回?zé)崞骼鋮s和冷凝器冷凝成為液態(tài)，然 后被泵抽出，重回回?zé)崞骷訜幔訜岷笈c汽輪機抽出的部分過熱蒸汽在混合器混合，然后再 由另一泵吸入蒸發(fā)器完成循環(huán)。在這一子系統(tǒng)中，采用的是朗肯熱力循環(huán)，在空氣余熱溫度 較高時采用的傳熱工質(zhì)是水工質(zhì)，空氣余熱溫度較低時采用的傳熱工質(zhì)是有機工質(zhì)。所述熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)包括蓄熱層、集熱棚、集熱塔、氣流發(fā)電機，在工作過程中， 從所述空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器流出的空氣尾氣進(jìn)入熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)中的集熱 棚，集熱棚與蓄熱層同時直接吸收太陽輻射能，熱空氣在集熱塔內(nèi)浮升并流出，從而驅(qū)動氣 流發(fā)電機發(fā)電。在這一子系統(tǒng)中，其傳熱工質(zhì)為中低溫空氣。最后三個子系統(tǒng)做功獲得的總電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻后對外輸出。多級全效太陽能熱發(fā)電方法中各子系統(tǒng)之間還可以有機組合，使方法得到進(jìn)一步 優(yōu)化，例如將熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)中的集熱塔同時作為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)的聚光塔底 座，可大幅度節(jié)省材料和面積；將熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)的流出氣體作為塔式太陽能熱發(fā)電子 系統(tǒng)的吸入氣體，從而具有一定的預(yù)熱效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明中塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)采用高溫空氣發(fā)電，空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)采 用中溫空氣發(fā)電，熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)采用低溫空氣發(fā)電，整個系統(tǒng)工作溫度范圍廣。2、多級全效太陽能熱發(fā)電方法將塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電子系 統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)耦合連接，充分利用不同溫度段的熱能進(jìn)行發(fā)電，提高了發(fā)電效率。3、多級全效太陽能熱發(fā)電方法中各子系統(tǒng)之間可以有機組合，使方法得到進(jìn)一步 優(yōu)化。


圖1為一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法的工作原理圖；圖2為組合式多級全效太陽能熱發(fā)電方法的工作原理圖；圖3為空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1圖1為一種采用多級全效太陽能熱發(fā)電方法的工作原理圖。實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)包 括塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)。塔式太陽能熱發(fā)電 子系統(tǒng)包括定日鏡場1、聚光塔2、吸熱器4、耐高溫泵3、空氣熱發(fā)電機5與管路，傳熱工質(zhì) 為高溫高壓空氣?？諝庥酂岚l(fā)電子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器7、汽輪機8、發(fā)電機9、混合器13、回?zé)?器12、冷凝器10與泵11，熱力系統(tǒng)采用朗肯熱力循環(huán)，空氣余熱溫度較高時采用水工質(zhì)作 為傳熱工質(zhì)，空氣余熱溫度較低時采用有機工質(zhì)作為傳熱工質(zhì)。熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)包括蓄 熱層14、集熱棚15、集熱塔17、氣流發(fā)電機16，其傳熱工質(zhì)為中低溫空氣。該系統(tǒng)工作時，所述塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)中的定日鏡場1匯聚太陽輻射到聚 光塔2上方的吸熱器4，耐高溫泵3將空氣直接吸入吸熱器4中進(jìn)行加熱，通過空氣熱發(fā)電 機5發(fā)電后成為中溫空氣進(jìn)入所述的空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器7，使得傳熱工質(zhì)在 蒸發(fā)器7中吸收熱量而蒸發(fā)，然后進(jìn)入汽輪機8帶動發(fā)電機9發(fā)電。從蒸發(fā)器7流出的空 氣尾氣進(jìn)入熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)中的集熱棚15，集熱棚15與蓄熱層14同時直接吸收太陽輻 射能，熱空氣在集熱塔17內(nèi)浮升并流出，從而驅(qū)動氣流發(fā)電機16發(fā)電。最后整個系統(tǒng)做功 獲得的電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻器18后對外輸出。所述空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中的傳熱工質(zhì)在蒸發(fā)器7中蒸發(fā)進(jìn)入汽輪機8帶動發(fā)電 機9發(fā)電后，經(jīng)回?zé)崞?2冷卻和冷凝器10冷凝成為液態(tài)，然后被泵11抽出并由回?zé)崞?2 加熱后與汽輪機8抽出的部分過熱蒸汽在混合器13混合，而后再由泵6吸入蒸發(fā)器7完成 循環(huán)。實施例2圖2為一種采用多級全效太陽能熱發(fā)電方法所得的組合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)是 對實施例1系統(tǒng)所做的進(jìn)一步改進(jìn)。該系統(tǒng)包括塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電 子系統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)。塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)包括定日鏡場21、聚光塔頂支架25、 吸熱器27、耐高溫泵26、空氣熱發(fā)電機38與管路?？諝庥酂岚l(fā)電子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器34、汽 輪機36、發(fā)電機35、混合器33、回?zé)崞?2、冷凝器30與泵31。熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)包括蓄熱 層28、集熱棚22、集熱塔24、氣流發(fā)電機23。最后整個系統(tǒng)做功獲得的電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻 器37后對外輸出。該組合式多級全效太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與實施例1中系統(tǒng)相比較，不同點是熱氣流 發(fā)電子系統(tǒng)集熱塔24同時是塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)的聚光塔底座，從而在結(jié)構(gòu)上大幅 度節(jié)省了材料和面積，另外熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)的流出氣體可作為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng) 的吸入氣體，具有一定的預(yù)熱效果，從而提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。其他工作原理和流程與實施 例1相同。圖3為空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。蒸發(fā)器包括保護(hù)層41、保溫 層42、外殼43、傳熱工質(zhì)進(jìn)口 44、傳熱工質(zhì)出口 49、空氣進(jìn)口 48、空氣出口 45、蒸發(fā)管46、翅 片47、隔板50。在蒸發(fā)管46上有翅片47，主要用于強化管外空氣與管內(nèi)有機工質(zhì)間的換 熱，另外，在蒸發(fā)器內(nèi)為優(yōu)化空氣流道，使管內(nèi)外的傳熱得以強化而設(shè)置了隔板50。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依 本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，將塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)耦合連接，充分利用不同溫度段的熱能進(jìn)行發(fā)電，其中，塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)匯聚吸收太陽輻射并形成高溫高壓空氣進(jìn)行發(fā)電，排出的中溫空氣通過熱交換驅(qū)動空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)電，產(chǎn)生的尾氣直接驅(qū)動熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)電，最后整個系統(tǒng)做功獲得的電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻后對外輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述塔式太陽能 熱發(fā)電子系統(tǒng)包括定日鏡場、聚光塔、吸熱器、耐高溫泵、空氣熱發(fā)電機；定日鏡場匯聚太陽 輻射到聚光塔上方的吸熱器，耐高溫泵將空氣直接吸入吸熱器中進(jìn)行加熱，通過空氣熱發(fā) 電機發(fā)電后流出為中溫空氣；傳熱工質(zhì)為高溫高壓空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述空氣余熱發(fā) 電子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、汽輪機、發(fā)電機、混合器、回?zé)崞?、冷凝器與泵；塔式太陽能熱發(fā)電子 系統(tǒng)流出的中溫空氣進(jìn)入蒸發(fā)器，使得傳熱工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱量而蒸發(fā)，進(jìn)而進(jìn)入汽 輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，然后經(jīng)回?zé)崞骼鋮s和冷凝器冷凝成為液態(tài)，被泵抽出并由回?zé)崞骷?熱后與汽輪機抽出的部分過熱蒸汽在混合器混合，而后再由泵吸入蒸發(fā)器完成循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述空氣余熱發(fā) 電子系統(tǒng)采用朗肯熱力循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述空氣余熱發(fā) 電子系統(tǒng)中的熱力系統(tǒng)空氣余熱溫度較高時采用水工質(zhì)，空氣余熱溫度較低時采用有機工 質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述空氣余熱發(fā) 電子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器包括保護(hù)層、保溫層、外殼、傳熱工質(zhì)進(jìn)出口、空氣進(jìn)出口、蒸發(fā)管，蒸 發(fā)管上有翅片，蒸發(fā)器內(nèi)部布置有隔板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述熱氣流發(fā)電 子系統(tǒng)包括蓄熱層、集熱棚、集熱塔、氣流發(fā)電機；經(jīng)過空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器的 空氣尾氣進(jìn)入集熱棚，集熱棚與蓄熱層同時直接吸收太陽輻射能，熱空氣在集熱塔內(nèi)浮升 并流出，從而驅(qū)動氣流發(fā)電機發(fā)電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，所述熱氣流發(fā)電 子系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)為中低溫空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級全效太陽能熱發(fā)電方法，其特征在于，熱氣流發(fā)電子系 統(tǒng)聚熱塔同時作為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)的聚光塔底，熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)的流出氣體作 為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)的吸入氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級全效太陽能熱發(fā)電方法，該方法將塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)、空氣余熱發(fā)電子系統(tǒng)、熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)耦合連接，充分利用不同溫度段的熱能進(jìn)行發(fā)電，其中，塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)匯聚吸收太陽輻射并形成高溫高壓空氣進(jìn)行發(fā)電，排出的中溫空氣通過熱交換驅(qū)動朗肯循環(huán)熱發(fā)電，尾氣直接驅(qū)動熱氣流發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，最后整個系統(tǒng)做功獲得的電能經(jīng)過調(diào)壓調(diào)頻后對外輸出。其不同子系統(tǒng)間還可以有機組合，例如熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)集熱塔可以作為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)聚光塔底座，熱氣流發(fā)電子系統(tǒng)的流出氣體可以作為塔式太陽能熱發(fā)電子系統(tǒng)的吸入氣體等。本發(fā)明發(fā)電效率高，能較好地滿足工業(yè)上規(guī)?；柲軣岚l(fā)電的要求。
文檔編號F03D9/02GK101968042SQ201010511509
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者丁旃, 丁靜, 尹輝斌, 楊建平, 楊曉西, 陸建峰 申請人:中山大學(xué);東莞理工學(xué)院