本實用新型太陽能多能互補熱發(fā)電裝置選擇包括可再生能源和化石能源在內(nèi)的多種能源與太陽能熱發(fā)電儲熱裝置結合并實現(xiàn)互補供能發(fā)電；采用高溫液體傳熱介質(zhì)和固體儲熱介質(zhì)混合儲熱以及兩罐或單罐儲熱新技術；通過風力發(fā)電為儲熱系統(tǒng)補熱；選擇不同類型動力機進行有機組合，在簡化結構、降低成本、延長發(fā)電時數(shù)、擴大使用范圍，提高發(fā)電設備利用率，減少硬件投資上提出了全新的技術路線。該裝置屬太陽能熱發(fā)電技術領域。

背景技術：

2016年7月中國政府決定加快推進多能互補集成優(yōu)化示范工程建設，而傳統(tǒng)槽式太陽能熱發(fā)電在設計中已經(jīng)包括使用了燃氣或燃油等互補技術，確保無光照或光照不穩(wěn)定時繼續(xù)發(fā)電。太陽能燃氣聯(lián)合發(fā)電也具有此特征，不過太陽能在那里僅起輔助作用。近幾年太陽能多能互補技術有了新進展，例如美國專利US20140223906雖然沿用傳統(tǒng)技術，但采用燃氣輪機替代傳統(tǒng)的燃氣燃油鍋爐，表面似乎與太陽能燃氣聯(lián)合循環(huán)技術如US8863493等專利文獻無本質(zhì)區(qū)別，但太陽能已經(jīng)改變其從屬地位，類似的如WO2015187423也是如此。從這些專利文獻可以透視，太陽能互補熱發(fā)電逐步進入以太陽能為主、其它能源技術為輔的多能互補新階段，明顯具有技術進步特征。其實美國桑迪亞實驗室早在2011年提出用燃氣輪機余熱為熔鹽罐補熱，專利US20120102950對該技術做了詳細闡述。而發(fā)明人最早在專利201110262876.X中提出將補熱鍋爐與熱儲存相結合。國內(nèi)如專利CN201210520274.4則利用熔鹽儲熱罐做中介與生物質(zhì)燃氣鍋爐互補；CN201310049680.1用生物質(zhì)流化床鍋爐直接替代燃油燃氣鍋爐與太陽能循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)；CN201620652337.5則簡單把帶儲熱的太陽能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)組合。眾所周知，太陽能熱發(fā)電的技術優(yōu)勢是儲熱，因此多能互補的研究核心應以充分發(fā)揮其儲熱優(yōu)勢為主，包括接納過剩風電、光伏以及生物質(zhì)等可再生能源，亦或是與燃油、燃氣、燃煤等化石能源互補，都應實現(xiàn)與太陽能熱發(fā)電儲熱系統(tǒng)的互補，力爭以最少的成本代價實現(xiàn)最大經(jīng)濟效益。最近歐盟組織相關院校和企業(yè)完成了HYSOL沼氣燃氣與熔鹽儲熱實驗，盡管沒有透露燃氣輪機技術，但該實驗采用的技術路線與美國專利US20120102950的技術方案幾近相同。目前該技術暴露的主要問題在于燃氣輪機價格高昂，相對于光熱發(fā)電要求降低初始投資和造價的迫切性而言更應選擇可替代品?？傊褂枚喾N能源與太陽能熱發(fā)電實現(xiàn)互補發(fā)電，并選擇低成本構建全新的儲熱循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)成為太陽能熱發(fā)電技術發(fā)展的新趨勢。同樣的，發(fā)明人也曾試圖選擇更簡潔的技術，特別在儲熱裝置構造和互補儲能上力求有新的突破，并與其它能源技術建立良好互動，爭取在降低初始投資，提高效率、延長發(fā)電時數(shù)，擴大地域使用范圍上有所作為。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型是在中國專利201110262876.X、201110343277.0、201310180460.2、201410123275.X、201510033477.4、201610512003.2和201610856317.4的基礎上進行的技術改進，通過構造全新的儲熱裝置、采用多能互補新方法，在簡化系統(tǒng)硬件、提升發(fā)電效率和延長發(fā)電時數(shù)，增強系統(tǒng)環(huán)境適應性和生存能力中實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電效率及成本最優(yōu)化。上述專利內(nèi)容作為本實用新型的一部分適用本實用新型。

本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

1、太陽能多能互補熱發(fā)電裝置包括太陽能聚光裝置、儲熱裝置、補熱鍋爐、轉換閥、壓力泵、蒸發(fā)器或換熱器；傳熱介質(zhì)補熱器；傳熱介質(zhì)、儲熱介質(zhì)；電力加熱器、電力電纜、動力工質(zhì)；冷凝器或空氣冷卻裝置，動力發(fā)電機組，聚光陣列跟蹤和發(fā)電控制裝置，風電機，主要特征在于：太陽能聚光裝置通過傳輸管線和轉換閥連接設置在補熱鍋爐內(nèi)的傳熱介質(zhì)補熱器進口；轉換閥另一端和補熱鍋爐內(nèi)的傳熱介質(zhì)補熱器出口同時連接儲熱裝置熱罐進口，儲熱裝置熱罐出口連接蒸發(fā)器或換熱器進口，蒸發(fā)器或換熱器出口連接儲熱冷罐進口，出口連接壓力泵，壓力泵出口連接太陽能聚光裝置進口，構成太陽能熱循環(huán)系統(tǒng)；動力側的換熱器或蒸發(fā)器出口連接動力發(fā)電機組渦輪機進氣口；渦輪機出氣口連接冷凝器，冷凝器出口連接壓力泵，或經(jīng)汽水分離裝置連接壓力泵，壓力泵輸出端連接換熱器或蒸發(fā)器進口，構成完整的熱發(fā)電循環(huán)；補熱鍋爐中的傳熱介質(zhì)補熱器或者并聯(lián)在儲熱裝置熱罐進口和冷罐出口之間；采用單罐儲熱則將補熱鍋爐中的傳熱介質(zhì)補熱器進出口與儲熱裝置進出口并聯(lián)；電力加熱器設置在儲熱裝置的熱罐或單罐儲熱罐底部，均勻排列；動力側選擇超臨界二氧化碳布雷頓熱發(fā)電則蒸發(fā)器出口連接渦輪機進氣口，渦輪機出氣口連接補熱器進口，對應的出口連接冷凝器進口，冷凝器出口連接壓氣機進口，壓氣機出口連接補熱器另一端進口，對應的出口連接蒸發(fā)器進口，完成布雷頓動力循環(huán)；

1)所述動力發(fā)電機組為蒸汽朗肯、卡琳娜循環(huán)或有機朗肯熱發(fā)電機組；或超臨界二氧化碳布雷頓熱發(fā)電機組；

2)所述冷凝器選擇空氣冷卻裝置，或采用水冷設備；

3)所述補熱鍋爐包括燃氣鍋爐、燃油鍋爐、電力鍋爐以及燃煤生物質(zhì)直燃鍋爐；或燃煤、生物質(zhì)流化床鍋爐；根據(jù)原料來源難易和經(jīng)濟性選擇其中一種鍋爐；傳熱介質(zhì)補熱器設置在補熱鍋爐內(nèi)；或選擇固體燃料電池如固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)，或開式燃氣布雷頓熱發(fā)電機組替代補熱鍋爐，利用其排出的高溫余熱為儲熱裝置補熱，所發(fā)電力主要供電站自身使用，同時也為電力加熱器提供電力；

4)所述補熱鍋爐使用的氣體燃料可選擇烷烴類氣體如生物質(zhì)氣化氣、沼氣、煤制氣、天然氣、可燃冰氣、液化石油氣；或選擇醇類燃料如甲醇、乙醇、二甲醚液態(tài)燃料；或選擇燃油如柴油、汽油、煤油、重油；或選擇電網(wǎng)過剩電力如低谷電、無負載過剩電力；或選擇風電、光伏丟棄電力；

5)所述儲熱裝置是指兩罐包括熱罐或冷罐以及單罐儲熱罐的儲熱容器，其熱罐內(nèi)部或設置陶瓷、石墨蜂窩固體儲熱裝置；固體儲熱介質(zhì)及容器可占用儲熱空間，減少導熱油或熔鹽傳熱介質(zhì)的使用量，并提高儲熱效率；固體儲熱介質(zhì)或選擇玻璃、陶瓷、石墨、水泥塊、花崗巖、玄武巖、火成巖、石英巖、金屬冶煉廢渣，回收廢舊鋁、硅制品或經(jīng)上述混合兼具比熱容和導熱系數(shù)良好的固體儲熱介質(zhì)，放置在固體儲熱容器內(nèi)；固體儲熱容器采用特種陶瓷或耐腐蝕金屬材料制作，為圓柱體、長方體、環(huán)形體，固體儲熱容器外壁設傳熱介質(zhì)流通孔洞或網(wǎng)口，孔洞或網(wǎng)口的直徑以所選擇的最小固體儲熱介質(zhì)體積為限；為降低造價，儲熱裝置冷罐為液體儲罐，其容積僅保證傳熱介質(zhì)熱循環(huán)需要，體積明顯小于儲熱罐；上述構造適用單罐儲熱罐；

6)所述電力加熱器設置在儲熱裝置熱罐或單罐儲熱罐底部，均勻布置，保證高溫傳熱介質(zhì)熔鹽或?qū)嵊蜏囟冗_到發(fā)電工況要求；

7)所述傳熱介質(zhì)選擇高溫無壓液體如導熱油、或熔鹽、或高溫硅油；熔鹽選擇二元熔鹽、或低結晶點如60-140度、高氣化點560-650度低腐蝕的三元、四元熔鹽，或在其中添加微量粉體石墨烯材料、或添加石墨納米材料以提高導熱特性；

8)所述動力工質(zhì)為水蒸氣、氨氣、二氧化碳氣、一氧化氮氣、冷凝劑；

9)所述太陽能聚光裝置選擇槽式、塔式、菲涅耳和蝶式聚光裝置中的一種，或選擇不同聚光裝置進行組合；所述槽式、菲涅耳聚光陣列配置線聚焦太陽能強化集熱管，進一步提高傳熱效率，降低熱損耗；

10)所述風電機作為太陽能熱發(fā)電站專用配置為補熱鍋爐和電力加熱器提供電力，多余電力直接進入電網(wǎng)；

11)所述電力電纜連接補熱鍋爐和設置在儲熱裝置熱罐或單罐儲熱罐中的電力加熱器以及風電機組。

本實用新型新穎之處在于，可根據(jù)自然環(huán)境充分發(fā)揮太陽能熱發(fā)電技術優(yōu)勢，從根本上解決傳統(tǒng)太陽能熱發(fā)電技術構造復雜，初始投資成本高、環(huán)境適應性差的問題，特別是通過多能互補可延長發(fā)電時數(shù)，通過傳熱和儲熱介質(zhì)各司其職以及引入低成本固體儲熱介質(zhì)，明顯提高太陽能熱發(fā)電技術的生存能力和環(huán)境適應性；本實用新型還適于投資人根據(jù)地方特點和比較優(yōu)勢選擇其中一種或?qū)Σ煌Ｊ竭M行優(yōu)化組合；特別是在太陽能熱發(fā)電站配置風力發(fā)電機組利用風電進行互補可實現(xiàn)真正意義上的無碳排放發(fā)電。

附圖說明

圖1是本實用新型太陽能燃氣互補雙罐儲熱布雷頓熱發(fā)電示意圖

圖2是本實用新型太陽能并聯(lián)電力補熱雙罐儲熱朗肯熱發(fā)電示意圖

圖3是本實用新型太陽能并聯(lián)互補單罐儲熱有機朗肯發(fā)電示意圖

圖4是本實用新型太陽能混合互補單罐儲熱卡琳娜發(fā)電示意圖

其中：1太陽能聚光裝置、2儲熱裝置、3布雷頓熱發(fā)電機、4轉換閥、5壓力泵、6蒸發(fā)器或換熱器、7補熱鍋爐、8傳熱介質(zhì)補熱器、9冷凝器、10渦輪機、11風電機、12壓氣機、13補熱器、14汽水或氣液分離裝置、15有機郎肯或卡琳娜熱發(fā)電機、16蒸汽朗肯熱發(fā)電機、17電力加熱器

具體實施方式

方案1

太陽能聚光裝置1通過傳輸管線和轉換閥4連接設置在補熱鍋爐19內(nèi)的傳熱介質(zhì)補熱器7進口；轉換閥4另一端和補熱鍋爐7內(nèi)的傳熱介質(zhì)補熱器8出口同時連接儲熱裝置2熱罐進口，儲熱罐2出口連接蒸發(fā)器或換熱器6進口，蒸發(fā)器或換熱器6出口連接儲熱裝置2冷罐進口，出口連接壓力泵5，壓力泵5出口連接太陽能聚光裝置1進口，構成太陽能熱循環(huán)系統(tǒng)；動力側的換熱器或蒸發(fā)器6出口連接動力發(fā)電機組渦輪機10進氣口；渦輪機10出氣口連接冷凝器9，冷凝器9出口連接壓力泵5，或經(jīng)汽水或氣液分離裝置14連接壓力泵5，壓力泵5輸出端連接換熱器或蒸發(fā)器6進口，構成完整的蒸汽朗肯、有機郎肯或卡琳娜熱發(fā)電循環(huán)；電力加熱器17設置在儲熱裝置2熱罐或單罐儲熱罐底部，均勻排列；

方案2

采用單罐儲熱技術，將太陽能聚光裝置1通過傳輸管線和轉換閥4連接設置在補熱鍋爐7內(nèi)的傳熱介質(zhì)補熱器8進口和儲熱裝置2熱罐進口；補熱鍋爐7進出口與儲熱裝置2冷罐出口并聯(lián)；電力加熱器17設置在儲熱裝置2熱罐或單罐儲熱罐底部，均勻排列；風電機11通過電力電纜連接補熱鍋爐7和設置在儲熱裝置2的電力加熱器17；動力側選擇布雷頓熱發(fā)電機3則蒸發(fā)器6出口連接渦輪機10進氣口，渦輪機10出氣口連接補熱器13進口，對應的出口連接冷凝器9進口，冷凝器9出口連接壓氣機12進口，其出口連接補熱器13另一端進口，對應的出口連接蒸發(fā)器6進口，完成布雷頓熱發(fā)電動力循環(huán)。