專利名稱：穹式陣列太陽能熱電和風(fēng)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能熱能發(fā)電和太陽能真空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外尚無太陽能熱能和太陽能風(fēng)能綜合循環(huán)-互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。國際上較為成功的為單一性的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，主要有槽式、塔式、碟式三大類型。其中槽式拋物面太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)已有商業(yè)化運(yùn)行實(shí)例，如美國在加州Mojave沙漠相繼建造的九座槽式拋物面太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量353. 8MW,總投資10億美元，年發(fā)電量8億KWh。塔式和碟式，目前仍處于試驗(yàn)階段。理論上，太陽能熱發(fā)電較之太陽能光伏發(fā)電具有絕對(duì)優(yōu)越性，如對(duì)太陽能能量的利用率更高，生產(chǎn)技術(shù)和材料更簡單通用、投資和運(yùn)營成本更低，更適合大功率開發(fā)，更易于并網(wǎng)等等。但是，槽式、塔式、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)仍然因?yàn)榻ㄔO(shè)成本過高、運(yùn)行維護(hù)難度大等方面的問題而難以大規(guī)模推廣運(yùn)用。此外，槽式、塔式、碟式三大類型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)均存在一定的技術(shù)瓶頸和生產(chǎn)工藝難題，如槽式拋物面太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)幾何聚光比和聚熱效率低，峰值集熱效率下降快，須采用特殊的真空集熱管和集熱工質(zhì)，拋物面反光面笨重，自潔能力差，占地面積較大等；塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，占地更為廣大，成本更高，定日鏡及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)成本達(dá)到總成本的52%以上，峰值熱效率下降等；槽式和塔式均須采用高壓汽輪機(jī)，工作溫度450°C以上，工作壓力2. 5Mpa以上，生產(chǎn)工藝要求較高。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)尚屬研發(fā)階段，只適于小型化生產(chǎn)，一般低于30KW，且必須與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)匹配，成本高，推廣難度更大。目前國內(nèi)外的風(fēng)力發(fā)電站場，均為自然風(fēng)力發(fā)電，主要缺餡有成本高昂、效率較低、占地巨大、地理位置非常受限、躁音干擾嚴(yán)重、運(yùn)營維護(hù)難等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述狀況，提供一種新型的臥式拋物面陣列菲涅爾聚光鏡三維聚光集熱技術(shù)和穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱技術(shù)，以及與多種新型渦輪發(fā)電機(jī)相匹配的低壓太陽能熱發(fā)電技術(shù)和太陽能真空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。本發(fā)明采用了兩種菲涅爾聚光鏡三維立體聚光集熱方式1、臥式拋物面陣列菲涅爾聚光透鏡和菲涅爾聚光反射鏡三維聚光集熱根據(jù)焦距的距離，將數(shù)塊菲涅爾聚光透鏡7按環(huán)形陣列設(shè)置于臥式拋物面聚焦器 5上半部，采用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對(duì)溫度交流器9的頂部進(jìn)行聚光集熱。將數(shù)塊菲涅爾聚光反射鏡12按環(huán)形陣列設(shè)置于臥式拋物面聚焦器5下半部，采用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對(duì)溫度交流器9底部進(jìn)行聚光集熱。 同理，將數(shù)塊菲涅爾聚光透鏡38按環(huán)形陣列設(shè)置于環(huán)形陣列聚焦器41上半部，采用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對(duì)過熱蒸汽干燥器40的頂部進(jìn)行聚光集熱。將數(shù)塊菲涅爾聚光反射鏡43按環(huán)形陣列設(shè)置于環(huán)形陣列聚焦器41下半部，采用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對(duì)過熱蒸汽干燥器40的底部進(jìn)行聚光集熱。2、穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱將數(shù)塊菲涅爾聚光透鏡18按焦距距離設(shè)置于穹式陣列聚焦器17頂部和兩側(cè)，分列三個(gè)陣列，太陽光自上而下透過菲涅爾聚光透鏡，分別向蒸汽發(fā)生器20的頂部和兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行聚光集熱。本發(fā)明的熱發(fā)電技術(shù)方案為臥式拋物面聚焦器5通過菲涅爾聚光透鏡7、菲涅爾聚光反射鏡12聚焦太陽光，分別對(duì)溫度交流器9的頂部、底部進(jìn)行聚光集熱，使溫度交流器9產(chǎn)生設(shè)定溫度的熱水，熱水經(jīng)中溫水管10、溫控止回閥16進(jìn)入蒸汽發(fā)生器20。穹式陣列聚焦器17通過菲涅爾聚光透鏡18，進(jìn)一步對(duì)蒸汽發(fā)生器20中的熱水進(jìn)行聚光加熱，使之產(chǎn)生蒸汽，多級(jí)汽水分離裝置27將蒸汽進(jìn)行汽、水分離。穹式陣列聚焦器 17同時(shí)對(duì)蒸汽發(fā)生器20中的蒸汽進(jìn)行加熱干燥，初步干燥后的蒸汽經(jīng)內(nèi)蒸汽管25、外蒸汽管32進(jìn)入過熱蒸汽干燥器40中。環(huán)形陣列聚焦器41通過菲涅爾聚光透鏡38、菲涅爾聚光反射鏡43聚集陽光，對(duì)過熱蒸汽干燥器40進(jìn)行聚焦集熱，使過熱蒸汽發(fā)生器40內(nèi)蒸汽溫度達(dá)到設(shè)定工作溫度 250°C、工作壓力1.5Mpa、干燥度大于98%。過熱蒸汽經(jīng)過熱蒸汽管47，推動(dòng)新型蒸汽渦輪機(jī)49帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50發(fā)電。本發(fā)明的太陽能真空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方案為穹式陣列聚焦器17、玻璃保溫罩31、抽風(fēng)管33，形成一閉合的太陽能聚熱、保溫真空區(qū)間。穹式陣列聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18，對(duì)蒸汽發(fā)生器20進(jìn)行聚光加熱的同時(shí)也對(duì)真空區(qū)間內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，真空區(qū)內(nèi)形成人造太陽風(fēng)，冷氣流從改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)沈的進(jìn)風(fēng)口流入，熱氣流從抽風(fēng)管33的頂部抽風(fēng)口流出，冷熱空氣的對(duì)流，同時(shí)推動(dòng)改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)26和改進(jìn)增強(qiáng)型Φ-達(dá)里厄風(fēng)機(jī)35，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。零部件列表1-進(jìn)水閘閥，2-壓水泵，3-止回閥，4-冷水壓力管，5-臥式拋物面聚焦器，6_聚焦器支架，7-菲涅爾聚光透鏡，8-透鏡微調(diào)器，9-溫度交流器，10-中溫水管，11-插入式加熱器，12-菲涅爾聚光反射鏡，13-反射鏡微調(diào)器，14-雙軸自動(dòng)跟蹤器，15-水管支架，16-溫控止回閥，17-穹式陣列聚焦器，18-菲涅爾聚光透鏡，19-雙軸自動(dòng)跟蹤器，20-蒸汽發(fā)生器， 21-水位閥，22-檢視口，23-安全閥，24-溫度計(jì)，25-內(nèi)蒸汽管網(wǎng)，26-改進(jìn)型渦輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，27-汽水分離裝置，28-插入式加熱器，29-水壓控制閥，30-減壓水管，31-玻璃保溫罩， 32-外蒸汽管網(wǎng)，33-抽風(fēng)管，34-風(fēng)力機(jī)支座，35-改進(jìn)增強(qiáng)型Φ-達(dá)里厄，36-風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)裝置，37-避雷針，38-菲涅爾聚光透鏡，39-透鏡微調(diào)器，40-過熱蒸汽干燥器，41-環(huán)形陣列聚焦器，42-反射鏡微調(diào)器，43-菲涅爾聚光反射鏡，44-插入式加熱器，45-雙軸自動(dòng)跟蹤器，46-聚熱器支架，47-過熱蒸汽管，48-渦輪機(jī)控制閥，49-新型蒸汽渦輪機(jī)，50-交流發(fā)電機(jī)，51-蒸汽冷凝器，52-循環(huán)水控制閥，53-減壓閥，54-儲(chǔ)存器蒸汽管，55-潛式蒸汽儲(chǔ)存器，56-補(bǔ)償器蒸汽管，57-補(bǔ)償器控制閥，58-蒸汽自動(dòng)補(bǔ)償器，59-保溫墊層，60-地坪。


本發(fā)明將基于示范性的實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)闡述。附圖中圖1顯示本發(fā)明實(shí)施例之臥式拋物面聚焦器主示意2顯示本發(fā)明實(shí)施例之臥式拋物面聚焦器側(cè)示意3顯示本發(fā)明實(shí)施例之穹式陣列聚焦器主示意4顯示本發(fā)明實(shí)施例之穹式陣列聚焦器側(cè)示意5顯示本發(fā)明實(shí)施例之蒸汽發(fā)生器示意6顯示本發(fā)明實(shí)施例之環(huán)形陣列聚焦器主示意7顯示本發(fā)明實(shí)施例之環(huán)形陣列聚焦器側(cè)示意圖
圖8顯示本發(fā)明實(shí)施例之運(yùn)行線路示意圖
具體實(shí)施例方式圖1、圖2中，臥式拋物面聚焦器5、菲涅爾聚光透鏡7、透鏡微調(diào)器8、菲涅爾聚光反射鏡12、反射鏡微調(diào)器13、雙軸自動(dòng)跟蹤器14，構(gòu)成第一級(jí)聚光集熱系統(tǒng)。數(shù)塊菲涅爾聚光透鏡7按不同焦距環(huán)形陣列設(shè)置于臥式拋物面聚焦器5上半部，透鏡微調(diào)器8、雙軸自動(dòng)跟蹤器14，自動(dòng)跟綜太陽光，采用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對(duì)溫度交流器9 的頂部進(jìn)行聚光集熱。數(shù)塊菲涅爾聚光反射鏡12按不同焦距環(huán)形陣列設(shè)置于臥式拋物面聚焦器5下半部，反射鏡微調(diào)器13、雙軸自動(dòng)跟蹤器14，自動(dòng)跟綜太陽，采用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對(duì)溫度交流器9底部進(jìn)行聚光集熱。溫度交流器9中產(chǎn)生設(shè)定溫度的熱水，熱水經(jīng)中溫水管10、溫控止回閥16進(jìn)入蒸汽發(fā)生器20。圖3、圖4中，穹式陣列聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18、雙軸自動(dòng)跟蹤器19，構(gòu)成第二級(jí)聚光集熱系統(tǒng)。雙軸自動(dòng)跟蹤器19自動(dòng)跟綜太陽光。數(shù)塊菲涅爾聚光透鏡18按焦距距離設(shè)置于穹式陣列聚焦器17頂部和兩側(cè)，分列三個(gè)陣列，自上而下，分別向蒸汽發(fā)生器 20的頂部和兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行聚光集熱，使之產(chǎn)生蒸汽，多級(jí)汽水分離裝置27將蒸汽進(jìn)行汽、 水分離。穹式陣列聚焦器17同時(shí)對(duì)蒸汽發(fā)生器20中的蒸汽進(jìn)行加熱干燥，初步干燥后的蒸汽經(jīng)內(nèi)蒸汽管25、外蒸汽管32進(jìn)入過熱蒸汽干燥器40中。圖6、圖7中，環(huán)形陣列聚焦器41、菲涅爾聚光透鏡38、透鏡微調(diào)器39、菲涅爾聚光反射鏡43、反射鏡微調(diào)器42、雙軸自動(dòng)跟蹤器45，構(gòu)成第三級(jí)聚光集熱系統(tǒng)。菲涅爾聚光透鏡38按焦距距離環(huán)形陣列設(shè)置于環(huán)形陣列聚焦器41上半部，自下而上對(duì)過熱蒸汽干燥器 40的頂部進(jìn)行聚光集熱。菲涅爾聚光反射鏡43按焦距距離環(huán)形陣列設(shè)置于環(huán)形陣列聚焦器41下半部，自下而上對(duì)過熱蒸汽干燥器40的底部進(jìn)行聚光集熱。過熱蒸汽發(fā)生器40內(nèi)產(chǎn)生符合設(shè)定工作溫度250°C、工作壓力1.5Mpa、干燥度大于98%的過熱蒸汽。圖1至圖7顯示，臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚焦器17、環(huán)形陣列聚焦器41三級(jí)聚焦器均采用橫臥式。其中臥式拋物面聚焦器5、環(huán)形陣列聚焦器41略高于地面，穹式陣列聚焦器17置于地面，充分利用菲涅爾聚光透鏡透光折射聚焦原理、菲涅爾聚光透鏡焦距可調(diào)原理和拋物面聚焦原理，將受熱體溫度交流器9、蒸汽發(fā)生器20、過熱蒸汽干燥器40分別置于臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚焦器17、環(huán)形陣列聚焦器41的焦點(diǎn)處，用菲涅爾聚光透鏡從上而下透光聚焦集熱，徹底解決了塔式熱電系統(tǒng)必須建高大塔架和巨大定日鏡場集熱、槽式系統(tǒng)聚熱效率低、碟式系統(tǒng)無法大型化的矛盾。
同理，充分利用菲涅爾聚光反射鏡反射光折射聚焦原理、菲涅爾聚光反射鏡焦距可調(diào)原理和拋物面聚焦原理，臥式拋物面聚焦器5、環(huán)形陣列聚焦器41同時(shí)用菲涅爾聚光反射鏡從下往上反射太陽光，形成了三維立體聚焦系統(tǒng)。圖3、圖4、圖5中，蒸汽發(fā)生器20設(shè)計(jì)成凸型，穹式陣列聚焦器17上的菲涅爾聚光透鏡18按焦距排列成頂部和兩側(cè)部三個(gè)聚焦陣列，分別向蒸汽發(fā)生器20的頂部和兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行聚光集熱，主要是為了解決菲涅爾聚光透鏡從上而下對(duì)蒸汽發(fā)生器20的頂部聚光集熱時(shí)難以對(duì)蒸汽發(fā)生器20中的介質(zhì)直接進(jìn)行加熱的矛盾。圖8中，溫度交流器9、蒸汽發(fā)生器20、內(nèi)蒸汽管網(wǎng)25、汽水分離裝置27、外蒸汽管網(wǎng)32、過熱蒸汽干燥器40、過熱蒸汽管47、渦輪機(jī)控制閥48、新型蒸汽渦輪機(jī)49、交流發(fā)電機(jī)50，構(gòu)成蒸汽發(fā)電運(yùn)行系統(tǒng)。過熱蒸汽干燥器40中產(chǎn)生的過熱蒸汽經(jīng)過熱蒸汽管47，推動(dòng)新型蒸汽渦輪機(jī)49帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)50發(fā)電。圖3、圖4、圖8中，穹式列陣聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18、雙軸自動(dòng)跟蹤器19、玻璃保溫罩31、抽風(fēng)管33、改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)沈和改進(jìn)增強(qiáng)型Φ-達(dá)里厄風(fēng)機(jī)35，構(gòu)成太陽能真空風(fēng)力運(yùn)行系統(tǒng)。穹式列陣聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18，對(duì)蒸汽發(fā)生器20進(jìn)行聚光加熱的同時(shí)也對(duì)真空區(qū)間內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，真空區(qū)內(nèi)形成人造太陽風(fēng)，冷氣流從改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)26的進(jìn)風(fēng)口流入，熱氣流從抽風(fēng)管33的頂部抽風(fēng)口流出，冷熱空氣的對(duì)流，同時(shí)推動(dòng)改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)26和改進(jìn)增強(qiáng)型Φ-達(dá)里厄風(fēng)機(jī)35，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。圖8中，減壓閥53、儲(chǔ)存器蒸汽管M、潛式蒸汽儲(chǔ)存器55、補(bǔ)償器蒸汽管56、補(bǔ)償器控制閥57、蒸汽自動(dòng)補(bǔ)償器58，構(gòu)成安全減壓、蒸汽儲(chǔ)存和蒸汽自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力超過工作壓力或蒸汽量有余時(shí)，蒸汽通過減壓閥53、儲(chǔ)存器蒸汽管討進(jìn)入潛式蒸汽儲(chǔ)存器陽儲(chǔ)存。夜間及太陽光較差時(shí)，蒸汽自動(dòng)補(bǔ)償器58自動(dòng)開啟(渦輪機(jī)控制閥48自動(dòng)閉合)，儲(chǔ)存器陽內(nèi)的蒸汽自動(dòng)補(bǔ)償給蒸汽渦輪機(jī)49帶動(dòng)發(fā)電機(jī)50發(fā)電。本發(fā)明采用了兩種菲涅爾聚光鏡三維立體聚光集熱技術(shù)和臥式拋物面聚焦器5、 穹式陣列聚焦器17、環(huán)形陣列聚焦器41三種聚焦器構(gòu)造形式，并采用三級(jí)遞增加熱方式逐級(jí)加熱。本發(fā)明采用的兩種菲涅爾聚光集熱技術(shù)、三種聚焦器構(gòu)造形式、三級(jí)遞增加熱方式均可聯(lián)合運(yùn)用又可獨(dú)立作為聚光集熱系統(tǒng)使用。本發(fā)明的太陽能熱能發(fā)電技術(shù)和太陽能真空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)既可聯(lián)合循環(huán)運(yùn)用，也可分系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)用。
權(quán)利要求
1.穹式陣列太陽能熱電和風(fēng)電系統(tǒng)，其特征在于采用臥式拋物面陣列菲涅爾聚光透鏡、菲涅爾聚光反射鏡三維聚光集熱和穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱兩種聚光集熱方式，由菲涅爾聚光透鏡(7)、菲涅爾聚光反射鏡(12)、雙軸自動(dòng)跟蹤器(14)，構(gòu)成臥式拋物面聚焦器(5)。菲涅爾聚光透鏡(18)、雙軸自動(dòng)跟蹤器(19)，構(gòu)成穹式陣列聚焦器(17)。菲涅爾聚光透鏡(38)、菲涅爾聚光反射鏡(43)、雙軸自動(dòng)跟蹤器(45)，構(gòu)成環(huán)式聚焦器01)。 臥式拋物面聚焦器(5)、穹式陣列聚焦器(17)、環(huán)式陣列聚焦器構(gòu)成三種聚焦集熱構(gòu)造形式。臥式拋物面聚焦器( 對(duì)溫度交流器(9)進(jìn)行聚光集熱，使溫度交流器(9)產(chǎn)生設(shè)定溫度的熱水，熱水經(jīng)溫控止回閥(16)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器00)。穹式陣列聚焦器(17)對(duì)蒸汽發(fā)生器OO)中的熱水進(jìn)行聚光加熱，使之產(chǎn)生蒸汽，汽水分離裝置(XT)將蒸汽進(jìn)行汽、 水分離。穹式陣列聚焦器(17)同時(shí)對(duì)蒸汽發(fā)生器OO)中的蒸汽進(jìn)行加熱干燥，干燥后的蒸汽進(jìn)入過熱蒸汽干燥器GO)中。環(huán)形陣列聚焦器Gl)對(duì)過熱蒸汽干燥器GO)進(jìn)行聚光集熱，使過熱蒸汽發(fā)生器GO)產(chǎn)生符合設(shè)定工作溫度250°C、工作壓力1.5MI^和干燥度大于98%的過熱蒸汽，從而推動(dòng)新型蒸汽渦輪機(jī)09)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)(50)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穹式陣列太陽能熱電和風(fēng)電系統(tǒng)，另一特征在于穹式陣列聚焦器(17)、玻璃保溫罩(31)，形成一閉合的太陽能聚熱、保溫真空區(qū)間。穹式陣列聚焦器 (17)對(duì)蒸汽發(fā)生器OO)進(jìn)行聚光加熱的同時(shí)也對(duì)真空區(qū)間內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，真空區(qū)內(nèi)形成人造太陽風(fēng)，冷氣流從改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)06)的進(jìn)風(fēng)口流入，熱氣流從抽風(fēng)管(3 的頂部抽風(fēng)口流出，冷熱空氣的對(duì)流，同時(shí)推動(dòng)改進(jìn)型渦輪風(fēng)力機(jī)06)和改進(jìn)增強(qiáng)型Φ-達(dá)里厄風(fēng)機(jī)(35)，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能熱能和太陽能真空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。其特征以臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚熱器17、環(huán)形陣列聚熱器41，分別向溫度交流器9、蒸汽發(fā)生器20、過熱蒸汽發(fā)生器40進(jìn)行三維聚光集熱，多級(jí)汽水分離裝置27進(jìn)行汽、水分離，過熱蒸汽發(fā)生器40產(chǎn)生工作壓力1.5Mpa、干躁度超過98％的過熱蒸汽，推動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)50發(fā)電。穹式陣列聚熱器17、玻璃保溫罩31形成保溫真空區(qū)并產(chǎn)生人造太陽風(fēng)，推動(dòng)渦輪風(fēng)力機(jī)26和35，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。
文檔編號(hào)F01D15/10GK102486167SQ20111025546
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者毛楚楚 申請(qǐng)人:毛楚楚