太陽能蓄熱式溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可持續(xù)的熱能溫差發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種太陽能蓄熱式溫差發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體溫差發(fā)電機(jī)可直接將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽词乖谥挥形⑿夭畲嬖诘那闆r下也能應(yīng)用，是使用范圍很廣的綠色環(huán)保型能源，它無需化學(xué)反應(yīng)，也無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而具有無噪音、無污染、無磨損、重量輕、使用壽命長等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)余熱、廢熱的回收利用、航天輔助電力系統(tǒng)中。
[0003]利用塞貝克效應(yīng)將溫差直接轉(zhuǎn)換為電能的方法很多，其中以半導(dǎo)體溫差發(fā)電的技術(shù)最為成熟，可選擇的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的品種也很多，用半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊制造的半導(dǎo)體發(fā)電機(jī)，只要存在溫差即能發(fā)電，工作時(shí)無噪音、無污染，使用壽命長、免維護(hù)、低成本，是一種應(yīng)用廣泛及前景廣闊的物理電源。
[0004]隨著保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲越來越高，合理的利用蒸汽、太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱余能及各種溫差能，并利用溫差來進(jìn)行大規(guī)模的發(fā)電可能是未來發(fā)展的大方向，人們對(duì)使用高效率的溫差發(fā)電產(chǎn)品的需求也更加迫切。
[0005]目前直接利用太陽能發(fā)電的原理有光電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等，利用光電效應(yīng)發(fā)電的裝置和設(shè)備是光伏板，利用熱電效應(yīng)發(fā)電的裝置和設(shè)備是半導(dǎo)體溫差發(fā)電片。光伏發(fā)電的缺點(diǎn)是發(fā)電量的大小受直射太陽光強(qiáng)弱的影響明顯，故發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定，卻人為干涉的方法有限，晚上沒有太陽的時(shí)候光伏發(fā)電系統(tǒng)完全處于“癱瘓”狀態(tài)，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)一天的最佳發(fā)電時(shí)間只有6?8小時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電；半導(dǎo)體溫差發(fā)電只要有熱源，就可以源源不斷地發(fā)出穩(wěn)定的電流，但是利用太陽能的半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)還沒有大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，更沒有持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的系統(tǒng)。如果能將太陽能的熱能收集并儲(chǔ)存起來，就可以實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)不間斷的發(fā)電，利用熱電效應(yīng)發(fā)電的優(yōu)勢將充分的展現(xiàn)出來，也即半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)將比光伏發(fā)電系統(tǒng)更具有優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是利用太陽能蓄熱系統(tǒng)和半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電，既充分利用了免費(fèi)的太陽能，又不受晚上或陰天的限制。
[0007]本發(fā)明具體分為太陽能集熱系統(tǒng)、蓄熱換熱系統(tǒng)、溫差發(fā)電系統(tǒng)和變電輸電系統(tǒng)四個(gè)部分。
[0008]太陽能集熱系統(tǒng)的主要作用是將太陽光的熱能收集起來，并提高其熱能品質(zhì)。根據(jù)太陽能集熱方式的不同，可分為塔式太陽能集熱系統(tǒng)、槽式太陽能集熱系統(tǒng)等。塔式太陽能集熱系統(tǒng)的基本形式是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群，將陽光聚集到一個(gè)固定的塔頂部的接收器上，產(chǎn)生的高溫加熱傳熱介質(zhì)，高溫傳熱介質(zhì)將熱量傳遞給蓄熱器，聚光塔上受熱器的溫度能達(dá)到1000°c以上；槽式太陽能集熱系統(tǒng)是利用多個(gè)槽式拋物面反射鏡將太陽能聚焦在一條線上，在聚焦線上安裝有管狀集熱器，用來吸收聚焦后的太陽輻射能，受熱器的溫度能達(dá)到500°C。根據(jù)蓄熱器熔鹽的最高溫度限制可以選擇塔式太陽能集熱系統(tǒng)或槽式太陽能集熱系統(tǒng)，將傳熱介質(zhì)提高到足夠高的溫度后將熱量傳遞給蓄熱器的熔鹽儲(chǔ)存起來。
[0009]整個(gè)太陽能集熱系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)I通過管道連接起來形成一個(gè)封閉的回路系統(tǒng)，并由循環(huán)泵I驅(qū)動(dòng)，將在換熱器I進(jìn)行過放熱，溫度降低的介質(zhì)I泵送到太陽能集熱系統(tǒng)進(jìn)行吸熱，溫度升高，溫度升高后的傳熱介質(zhì)I流回?fù)Q熱器I向蓄熱器內(nèi)的熔鹽進(jìn)行放熱，如此循環(huán)往復(fù)，通過傳熱介質(zhì)I將集熱器中收集到的高品質(zhì)的熱能源源不斷地傳輸?shù)叫顭崞鞯娜埯}中儲(chǔ)存起來。
[0010]太陽能集熱系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)I在不停的循環(huán)過程中，由于跑冒滴漏等原因不可避免地造成一些損失，為了保證系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行，太陽能集熱系統(tǒng)必須有一個(gè)傳熱介質(zhì)I的補(bǔ)給罐I，并通過補(bǔ)給泵I泵送到太陽能集熱系統(tǒng)循環(huán)泵I的入口，保證太陽能集熱系統(tǒng)內(nèi)傳熱介質(zhì)I的穩(wěn)定流動(dòng)，從而保證太陽能集熱系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。補(bǔ)給管I的出口接在循環(huán)泵I的入口，因?yàn)檠a(bǔ)給罐I內(nèi)的傳熱介質(zhì)I溫度低，接在循環(huán)泵I的入口，經(jīng)循環(huán)泵I先輸送到太陽能集熱器中進(jìn)行吸熱，不影響傳熱介質(zhì)I在換熱器I內(nèi)的放熱。
[0011]蓄熱換熱系統(tǒng)的主要作用是蓄熱和換熱，將熱能收集并儲(chǔ)存起來，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性發(fā)電。蓄熱換熱系統(tǒng)主要由大容罐、換熱器1、換熱器I1、熔鹽、傳熱介質(zhì)I1、補(bǔ)給罐I1、補(bǔ)給泵
I1、循環(huán)泵II等組成。首先將太陽能集熱器系統(tǒng)傳輸過來的熱量通過換熱器I傳遞給熔鹽儲(chǔ)存起來，熔鹽通過換熱器II將熱量傳遞給傳熱介質(zhì)II ;傳熱介質(zhì)II吸收熱量后溫度升高，在循環(huán)泵II的作用下，流向溫差發(fā)電系統(tǒng)，傳熱介質(zhì)II流經(jīng)溫差發(fā)電機(jī)后，溫度降低，通過回流管流回?fù)Q熱器II再次吸熱，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。
[0012]為了保證溫差發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，蓄熱換熱系統(tǒng)供給給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度必須穩(wěn)定在一定的溫度波動(dòng)范圍內(nèi)，同時(shí)又具有可調(diào)節(jié)性，所以蓄熱換熱系統(tǒng)供給給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度必須可調(diào)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)保持在某一固定溫度，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)又能根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)傳熱介質(zhì)II溫度的可調(diào)節(jié)性，在傳熱介質(zhì)II的供回管上安裝一個(gè)直通閥門，通過調(diào)節(jié)流經(jīng)換熱器II的傳熱介質(zhì)II的流量來調(diào)節(jié)供給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度。當(dāng)需要調(diào)高供給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度時(shí)，可以適當(dāng)關(guān)閉直通閥門，流經(jīng)換熱器II的傳熱介質(zhì)II的流量增加，達(dá)到提高供給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度的目的；當(dāng)需要降低供給溫差發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II的溫度時(shí)，可以適當(dāng)開啟直通閥門。
[0013]蓄熱換熱系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)II在不停的循環(huán)過程中，由于跑冒滴漏等原因不可避免地造成一些損失，為了保證系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行，蓄熱換熱系統(tǒng)必須有一個(gè)傳熱介質(zhì)II的補(bǔ)給罐II，并通過補(bǔ)給泵II泵送到傳熱介質(zhì)II的回流管入口處，保證蓄熱換熱系統(tǒng)內(nèi)傳熱介質(zhì)II的穩(wěn)定流動(dòng)，從而保證蓄熱換熱系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。補(bǔ)給管II的出口接在傳熱介質(zhì)II回流管上，一方面補(bǔ)給罐II內(nèi)的傳熱介質(zhì)II的溫度低，攜帶的熱量少，接在傳熱介質(zhì)II回流管上，先進(jìn)入換熱器II內(nèi)進(jìn)行吸熱后再通過供給管進(jìn)入溫差發(fā)電機(jī)，不影響進(jìn)入溫差發(fā)電機(jī)的傳熱介質(zhì)II的溫度，另一方面通過直通閥門便于控制和調(diào)節(jié)進(jìn)入溫差發(fā)電機(jī)的傳熱介質(zhì)II的溫度，從而保證進(jìn)入溫差發(fā)電機(jī)的傳熱介質(zhì)II的溫度的穩(wěn)定性和可控制性。
[0014]溫差發(fā)電系統(tǒng)是太陽能蓄熱式溫差發(fā)電系統(tǒng)最核心的部分，主要完成熱電轉(zhuǎn)換，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。溫差發(fā)電系統(tǒng)最基本的單元是溫差發(fā)電機(jī)，如一種超導(dǎo)液傳熱溫差發(fā)電機(jī)(專利號(hào)ZL2012100002775)，根據(jù)地形或?qū)嶋H情況進(jìn)行排列組合，構(gòu)成一個(gè)溫差發(fā)電陣列，多個(gè)溫差發(fā)電陣列即構(gòu)成一個(gè)溫差發(fā)電系統(tǒng)，溫差發(fā)電陣列的個(gè)數(shù)即決定了該溫差發(fā)電系統(tǒng)的容量，陣列越多，容量越大。溫差發(fā)電陣列的組合形式多種多樣，其組合形式為MXNXL, Μ、N為相互垂直的水平方向溫差發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)，L為垂直方向溫差發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)(層數(shù))，如2X2X2陣列、3X3X3陣列、4X4X4陣列、4X4X3陣列等等。圖4所示的為2X2X2陣列。
[0015]溫差發(fā)電系統(tǒng)由多組相同的溫差發(fā)電陣列、傳熱介質(zhì)II的供給管道和回流管道、冷卻水的供給管道和回流管道等組成。傳熱介質(zhì)II的供給管道將介質(zhì)II從蓄熱器熔鹽中獲得的熱量通過流動(dòng)傳遞到溫差發(fā)電陣列的每一個(gè)溫差發(fā)電機(jī)，然后通過溫差發(fā)電機(jī)的散熱模塊將熱量傳遞給溫差發(fā)電片，形成溫差發(fā)電片的高溫?zé)嵩矗?jīng)過散熱模塊的傳熱介質(zhì)II通過回流管流回蓄熱器，并再次從熔鹽中吸收熱量，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，傳熱介質(zhì)II的循環(huán)過程為閉式循環(huán)。冷卻水通過循環(huán)泵III和供給管道將冷卻水輸送到溫差發(fā)電陣列中的每一個(gè)溫差發(fā)電機(jī)，然后通過溫差發(fā)電機(jī)的放熱模塊吸收溫差發(fā)電片高溫端傳遞到低溫端的熱量，形成溫差發(fā)電片的低溫?zé)嵩?。冷卻水系統(tǒng)可以是開式循環(huán)，也可以是閉式循環(huán)。如果循環(huán)冷卻水直接取自江、河、海水等，則可以為開式循環(huán)，經(jīng)過溫差發(fā)電機(jī)放熱模塊的冷卻水通過回流管直接排放到江、河、海水中；閉式循環(huán)的冷卻水，經(jīng)過溫差發(fā)電機(jī)的放熱模塊后通過回流管流回到散熱器或冷凝塔中，經(jīng)過散熱冷卻后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
[0016]變電輸送系統(tǒng)有兩種形式，一種是交流高壓輸電，一種是直流高壓輸電。交流高壓輸電系統(tǒng)由三相逆變站、交流升壓站、輸送線路等組成，其主要任務(wù)是將溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電先轉(zhuǎn)換成三相交流電，然后經(jīng)交流升壓站升壓后上網(wǎng)或直接輸送給用戶；高壓直流輸電系統(tǒng)由直流升壓站、輸送線路等組成，其主要任務(wù)是將溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電經(jīng)直流升壓站升壓后上網(wǎng)或直接輸送給用戶。
[0017]各個(gè)溫差發(fā)電陣列之間的電氣接線法根據(jù)最優(yōu)供電原則采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明與傳統(tǒng)的火力、水力發(fā)電相比較，沒有高速旋轉(zhuǎn)部件及其復(fù)雜的控制系統(tǒng)，具有工作時(shí)無噪音、無污染，使用壽命長、免維護(hù)、低成本、不用附加其它能源、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，只要有熱量即可發(fā)電，是一種前景廣闊的綠色可持續(xù)發(fā)展的發(fā)電系統(tǒng)。
[0019]本發(fā)明采用蓄熱式換熱器進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存與交換，通過蓄熱熔鹽，可以將大量的太陽能儲(chǔ)存起來，在沒有太陽的晚上