專利名稱：高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)與海水淡化技術(shù)需要消耗大量的不可再生能源，所消耗能源主要來自煤炭和石油等化石燃料?；剂系挠邢迌浼捌淙紵a(chǎn)物對環(huán)境的污染和溫室氣體效應(yīng)，使得人類面臨化石燃料短缺和環(huán)境惡化的雙重壓力。為了減少環(huán)境污染和溫室效應(yīng)， 也為了緩解化石燃料短缺的壓力，人類必須逐步放棄以煤炭和石油為主的能源結(jié)構(gòu)。太陽能是一種可再生能源，具有儲量無限、存在普遍、清潔、無噪音等優(yōu)勢。利用太陽能發(fā)電與淡化海水，節(jié)能、環(huán)保、低價(jià)，是未來發(fā)展的趨勢。利用太陽能發(fā)電有兩個(gè)分支光伏發(fā)電與光熱發(fā)電。與光伏發(fā)電比較，光熱發(fā)電效率高，可以直接產(chǎn)生交流電，不需要逆變器就可直接并網(wǎng)，也不會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)硅材料帶來環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)。所以，光熱發(fā)電與光伏發(fā)電相比，有明顯的價(jià)格優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢。一般來講，光熱發(fā)電需要一種有跟蹤功能的集熱裝置，例如定日鏡、槽式拋物線反光鏡。其中，定日鏡是塔式集熱發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，具有高聚光比，效率高，是最有前途的可再生能源發(fā)電方式。這里，因聚光產(chǎn)生的能量被傳熱工質(zhì)吸收，并進(jìn)一步用于產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)透平發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā) H1^ ο利用太陽能海水淡化的原理是通過太陽能產(chǎn)生的熱能驅(qū)動(dòng)海水發(fā)生相變過程，即蒸發(fā)，然后通過另外一個(gè)相變過程，既冷凝，得到蒸餾淡水。太陽能蒸餾過程按運(yùn)行方式可分為直接法和間接法兩類。直接法系統(tǒng)是利用太陽能在集熱器中對海水直接進(jìn)行蒸餾，而間接法系統(tǒng)的太陽能集熱器與海水蒸餾部分是分離的。人們還按是否使用輔助集熱器的設(shè)備將太陽能蒸餾系統(tǒng)分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩類。因?yàn)椋粍?dòng)式?jīng)]有采用輔助設(shè)備，所以，產(chǎn)水量不高、工作溫度低、不利于在夜間工作和利用其它余熱，不適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。按主動(dòng)式輔助集熱器的特點(diǎn)將太陽能蒸餾系統(tǒng)分為平板集熱器式、真空管集熱器式、槽型拋物面集熱器、復(fù)合拋物面集熱器等。其中，槽型拋物面集熱器和復(fù)合拋物面集熱器是反射聚光型集熱器，他們使太陽能蒸餾設(shè)備在較高的溫度段運(yùn)行，提高了熱利用率，推進(jìn)了太陽能海水淡化的普及。目前，尚沒有關(guān)于基于定日鏡聚光技術(shù)的高效率太陽能發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)。高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)，具體包括定日鏡、定位器、吸熱器、吸熱器支撐塔、傳熱工質(zhì)回路、第一泵、第一流量閥、海水加熱器、蒸汽發(fā)生器、蒸汽回路、第二流量閥、 透平發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)、冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、濃鹽水管道、第四泵、多級閃蒸設(shè)備和第三流量閥。本發(fā)明所包括的太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行。太陽能集熱系統(tǒng)包括定日鏡、定位器、吸熱器和吸熱器支撐塔。定日鏡中心的軸向與長筒形定位器的軸向連線指向吸熱器固定位置，每個(gè)定日鏡匹配一個(gè)定位器，吸熱器的一端與第一流量閥的一端相連接，吸熱器的另一端固定于與吸熱器支撐塔，并與第一泵的一端相連接。傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括傳熱工質(zhì)回路、第一泵、第一流量閥、海水加熱器和蒸汽發(fā)生器。第一流量閥的另一端與蒸汽發(fā)生器一端的一個(gè)端口相連接，蒸汽發(fā)生器一端的另一個(gè)端口與海水加熱器的一端相連接，海水加熱器的另一端與第一泵的另一端相連接。傳熱工質(zhì)回路的工質(zhì)在該傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)回路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。發(fā)電系統(tǒng)包括蒸汽回路、第二流量閥、透平發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)。蒸汽發(fā)生器另一端的一個(gè)端口與第二流量閥的一端相連接，第二流量閥的另一端與透平發(fā)電機(jī)一端的一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)一端的另一個(gè)端口與蒸汽發(fā)生器另一端的另一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)的另一端與電網(wǎng)相連接。海水淡化系統(tǒng)包括冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、濃鹽水管道、第四泵、 多級閃蒸設(shè)備和第三流量閥。第二泵的一端與海水相連接，第二泵的另一端與冷海水管道的一端相連接，冷海水管道的另一端貫穿多級閃蒸設(shè)備每個(gè)閃蒸室的上部與海水加熱器的一端相連接，海水加熱器的另一端同時(shí)與第三流量閥的一端相連接，第三流量閥的另一端與多級閃蒸設(shè)備的一端相連接，多級閃蒸設(shè)備的另一端與濃鹽水管道的一端向連接，濃鹽水管道的另一端與第四泵的一端相連接，第四泵的另一端輸出濃鹽水；第三泵的一端與淡水管道的一端相連接，淡水管道的另一端進(jìn)入多級閃蒸設(shè)備每個(gè)淡水池，并在每個(gè)淡水池開有端口，第三泵的另一端輸出淡水。本發(fā)明所述的傳熱工質(zhì)回路與蒸汽回路是封閉式的，而產(chǎn)生淡水的海水淡化系統(tǒng)的回路是開放式的，允許系統(tǒng)連續(xù)不斷地產(chǎn)生淡水。本發(fā)明的有益效果(1)定日鏡具有比其他所有集熱方式更高的聚光比，具有高效、快速集熱的功能，散熱比例?。?2)用于產(chǎn)生發(fā)電用高溫高壓蒸汽的超高溫工質(zhì)在降溫后，進(jìn)一步用于加熱冷海水供海水淡化使用，這種逐級利用熱能的方式，提高了熱能利用效率；(3)系統(tǒng)采用幾個(gè)流量控制閥，使供熱、發(fā)電、與海水淡化的生產(chǎn)保持穩(wěn)定，減少了太陽光熱能變化的影響；(4)多級閃蒸設(shè)備能夠充分利用高溫海水的熱能；(5)濃鹽水可以用于曬鹽，產(chǎn)生具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的副產(chǎn)品；(6)與常規(guī)發(fā)電和海水淡化所用能源相比，系統(tǒng)的能源來自太陽能，可再生、環(huán)保、無成本、普遍存在。


圖1為本發(fā)明原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合示意圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)，包括四個(gè)子系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)，具體包括定日鏡1、定位器2、吸熱器3、吸熱器支撐塔4、傳熱工質(zhì)回路5、第一泵6、第一流量閥7、海水加熱器8、 蒸汽發(fā)生器9、蒸汽回路10、第二流量閥11、透平發(fā)電機(jī)12、電網(wǎng)13、冷海水管道14、第二泵 15、淡水管道16、第三泵17、濃鹽水管道18、第四泵19、多級閃蒸設(shè)備20、第三流量閥21。定日鏡1中心的軸向與長筒形定位器2的軸向連線指向吸熱器3固定位置，每個(gè)定日鏡1與一個(gè)定位器2相匹配組成一套裝置，本發(fā)明需要多套該裝置；
吸熱器3的一端與第一流量閥7的一端相連接，第一流量閥7的另一端與蒸汽發(fā)生器 9 一端的一個(gè)端口相連接，蒸汽發(fā)生器9 一端的另一個(gè)端口與海水加熱器8的一端相連接， 海水加熱器8的另一端與第一泵6的一端相連接，第一泵6的另一端與吸熱器3的另一端相連接；
蒸汽發(fā)生器9另一端的一個(gè)端口與第二流量閥11的一端相連接，第二流量閥11的另一端與透平發(fā)電機(jī)12 —端的一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)12—端的另一個(gè)端口與蒸汽發(fā)生器9另一端的另一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)的12另一端與電網(wǎng)13相連接；
第二泵15的一端與海水相連接，第二泵15的另一端與冷海水管道14的一端相連接， 冷海水管道14的另一端貫穿多級閃蒸設(shè)備20每個(gè)閃蒸室的上部與海水加熱器8的一端相連接，海水加熱器8的另一端同時(shí)與第三流量閥21的一端相連接，第三流量閥21的另一端與多級閃蒸設(shè)備20的一端相連接，多級閃蒸設(shè)備20的另一端與濃鹽水管道18的一端向連接，濃鹽水管道18的另一端與第四泵19的一端相連接，第四泵19的另一端輸出濃鹽水；第三泵17的一端與淡水管道16的一端相連接，淡水管道16的另一端進(jìn)入多級閃蒸設(shè)備20 每個(gè)淡水池，并在每個(gè)淡水池開有端口，第三泵17的另一端輸出淡水；
太陽能集熱系統(tǒng)包括定日鏡1、定位器2、吸熱器3、吸熱器支撐塔4。定日鏡1跟蹤太陽軌跡，將反射光投射到吸熱器3上的集熱窗口里；定位器2為一個(gè)長筒形傳感器，定位器 2的一端對準(zhǔn)定日鏡1的中心的軸向，接收定日鏡1的反射光；定位器2的另一端對準(zhǔn)吸熱器3窗口，定位器2內(nèi)部有4象限光敏電阻，若來自定日鏡1的反射光方向符合定位器2內(nèi)部設(shè)置，4象限光敏電阻產(chǎn)生的電流一致，定位器2將反饋定日鏡1的反射光對準(zhǔn)吸熱器3 的信號；否則，定位器2反饋定日鏡1需偏轉(zhuǎn)方位的信息，使定位器2里的自動(dòng)跟蹤控制程序繼續(xù)調(diào)整定日鏡1的方位角和仰角，直到定日鏡1的反射光方向符合定位器2內(nèi)部設(shè)置。 吸熱器支撐塔4用于抬高吸熱器3的空間位置，讓定日鏡1反射更多的陽光。傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括傳熱工質(zhì)回路5、第一泵6、第一流量閥7、海水加熱器8 和蒸汽發(fā)生器9。傳熱工質(zhì)回路5的工質(zhì)流動(dòng)由第一流量閥7控制，工質(zhì)經(jīng)過蒸汽發(fā)生器 9首次降溫，然后經(jīng)過海水加熱器再次降溫，最后，低溫工質(zhì)在第一泵6的驅(qū)動(dòng)下，流回吸熱器3，并重新吸熱升溫，進(jìn)入下一個(gè)傳熱循環(huán)。發(fā)電系統(tǒng)包括蒸汽回路10、第二流量閥11、透平發(fā)電機(jī)12和電網(wǎng)13。在傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下，蒸汽發(fā)生器9內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽順蒸汽回路10流動(dòng)，并在第二流量閥11的控制下得到具有給定壓力的蒸汽，為透平發(fā)電機(jī)12提供動(dòng)力，產(chǎn)生交流電，交流電可以直接并入電網(wǎng)13，供用戶使用，流經(jīng)透平發(fā)電機(jī)12的蒸汽降溫，再次流回蒸汽發(fā)生器9，重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進(jìn)入下一輪循環(huán)。海水淡化系統(tǒng)包括冷海水管道14、第二泵15、淡水管道16、第三泵17、濃鹽水管道 18、第四泵19、多級閃蒸設(shè)備20和第三流量閥21。原始冷海水在第二泵15驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入冷海水管道14，并依次通過多級閃蒸設(shè)備20的各個(gè)閃蒸室，用于冷凝蒸汽；冷海水順冷海水管道14進(jìn)入海水加熱器8吸收傳熱工質(zhì)的熱能產(chǎn)生高溫海水，高溫海水在第三流量閥21 的控制下，流入多級閃蒸設(shè)備20，多級閃蒸設(shè)備20的各個(gè)閃蒸室空腔氣壓依次降低，使流入的高溫海水表面水分子產(chǎn)生瞬時(shí)蒸發(fā)，蒸汽上升后遇到冷海水管道14，凝結(jié)成水滴，水滴匯集一起后形成淡水池，在第三泵17的抽動(dòng)壓力下，經(jīng)淡水管道16流出閃蒸室，從而生產(chǎn)出純凈淡水，剩余的濃鹽水在第四泵19的抽動(dòng)壓力下，經(jīng)濃鹽水管道18排出閃蒸室外，供曬鹽用。本發(fā)明所述的太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行。傳熱工質(zhì)回路與蒸汽回路是封閉式的，而產(chǎn)生淡水的海水淡化的回路是開式的， 允許系統(tǒng)連續(xù)不斷地產(chǎn)生淡水。
權(quán)利要求
1.高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)，具體包括定日鏡、定位器、吸熱器、吸熱器支撐塔、 傳熱工質(zhì)回路、第一泵、第一流量閥、海水加熱器、蒸汽發(fā)生器、蒸汽回路、第二流量閥、透平發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)、冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、濃鹽水管道、第四泵、多級閃蒸設(shè)備和第三流量閥，其特征在于所述的的太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行；所述的太陽能集熱系統(tǒng)，包括定日鏡、定位器、吸熱器和吸熱器支撐塔，定日鏡中心的軸向與長筒形定位器的軸向連線指向吸熱器固定位置，每個(gè)定日鏡匹配一個(gè)定位器，吸熱器的一端與第一流量閥的一端相連接，吸熱器的另一端固定于與吸熱器支撐塔，并與第一泵的一端相連接；所述的傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，包括傳熱工質(zhì)回路、第一泵、第一流量閥、海水加熱器和蒸汽發(fā)生器，第一流量閥的另一端與蒸汽發(fā)生器一端的一個(gè)端口相連接，蒸汽發(fā)生器一端的另一個(gè)端口與海水加熱器的一端相連接，海水加熱器的另一端與第一泵的另一端相連接； 傳熱工質(zhì)回路的工質(zhì)在該傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)回路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；所述的發(fā)電系統(tǒng)，包括蒸汽回路、第二流量閥、透平發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)，蒸汽發(fā)生器另一端的一個(gè)端口與第二流量閥的一端相連接，第二流量閥的另一端與透平發(fā)電機(jī)一端的一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)一端的另一個(gè)端口與蒸汽發(fā)生器另一端的另一個(gè)端口相連接，透平發(fā)電機(jī)的另一端與電網(wǎng)相連接；所述的海水淡化系統(tǒng)，包括冷海水管道、第二泵、淡水管道、第三泵、濃鹽水管道、第四泵、多級閃蒸設(shè)備和第三流量閥，第二泵的一端與海水相連接，第二泵的另一端與冷海水管道的一端相連接，冷海水管道的另一端貫穿多級閃蒸設(shè)備每個(gè)閃蒸室的上部與海水加熱器的一端相連接，海水加熱器的另一端同時(shí)與第三流量閥的一端相連接，第三流量閥的另一端與多級閃蒸設(shè)備的一端相連接，多級閃蒸設(shè)備的另一端與濃鹽水管道的一端向連接，濃鹽水管道的另一端與第四泵的一端相連接，第四泵的另一端輸出濃鹽水；第三泵的一端與淡水管道的一端相連接，淡水管道的另一端進(jìn)入多級閃蒸設(shè)備每個(gè)淡水池，并在每個(gè)淡水池開有端口，第三泵的另一端輸出淡水；所述的傳熱工質(zhì)回路與蒸汽回路是封閉式的，而產(chǎn)生淡水的海水淡化系統(tǒng)的回路是開放式的，允許系統(tǒng)連續(xù)不斷地產(chǎn)生淡水。
全文摘要
本發(fā)明公開了高效率太陽能光熱塔式發(fā)電與海水淡化一體化系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)需要消耗大量的不可再生能源。本發(fā)明包括太陽能集熱系統(tǒng)、傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)，具體包括定日鏡、定位器、吸熱器、吸熱器支撐塔、傳熱工質(zhì)回路、泵、海水加熱器、蒸汽發(fā)生器、蒸汽回路、透平發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)、冷海水管道、淡水管道、濃鹽水管道、多級閃蒸設(shè)備和流量閥。其中傳熱工質(zhì)回路與蒸汽回路是封閉式的，而產(chǎn)生淡水的海水淡化系統(tǒng)的回路是開放式的。本發(fā)明具有高效、快速集熱的功能，且供熱、發(fā)電、與海水淡化的生產(chǎn)保持穩(wěn)定，與常規(guī)能源相比，太陽能可再生、環(huán)保、無成本、普遍存在。
文檔編號F03G6/06GK102345576SQ201110241159
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者劉光宇, 王建中, 薛安克, 賴小平, 鄒洪波 申請人:杭州電子科技大學(xué)