采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站制造技术

本发明专利技术涉及采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站，该电站包括太阳能接收器、蒸发器及其蒸发器阵列、储热池或储热蓄电池、传热储热介质或传热储热蓄电介质、动力发电装置等，主要特征在于将聚光、接收、传热或储热蓄电以及蒸发共同组成独立的热循环单元，并将每一个热循环单元的蒸发器顺序连接，借鉴DSG即直接蒸汽模式形成梯级换热蒸发，直至驱动动力发电装置发电，同时将储热和化学蓄电相结合，实现储热蓄电一体化，承担电站用电、储电和送电任务，并结合槽式、菲涅尔以及塔式等聚光接收装置组成规模化的太阳能热发电站。该发明专利技术属太阳能热发电技术领域。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站
本技术采用独立的循环储热蓄电和梯级换热蒸发技术，使用熔盐或硫以及流 沙作为储热传热流体，同槽式、塔式等太阳能聚光器相结合组成规模化的太阳能热发电站； 该装置在兼顾储热蓄电一体化设计的同时采用全新的梯级蒸发技术，既有利太阳能发电设 备制造的标准化和规模化，也有利于降低电站投资成本，提高自身供电能力和降低运行费 用，大幅增加发电时数，提高同化石能源发电竞争的能力。该装置属太阳能热发电技术领 域。
技术介绍
目前太阳能热发电技术难与燃煤发电、燃气发电甚至光伏发电竞争的主要因素是 设备制造成本高，运行费用高，且技术本身受自然条件限制较多，因此阻碍了太阳能热发电 技术的推广。为充分发挥太阳能热发电自身的技术优势，欧盟在第七框架科技计划中实施 了 HITEC0项目，旨在开发和测试全新的抛物槽技术，以确保槽式聚光器具有最大的光学、 机械和热效能，使抛物槽系统工作温度达到或接近600°C。而由美国能源部制定的Sunshot 计划也在稳步推进，创新的超临界二氧化碳太阳能布雷顿热发电技术取得阶段成果，全新 的高温熔盐流体已经开发完成。2013年美国能源部继续投资支持太阳能热化学储能等新项 目，其目标是存储温度达到或超过650°C，每千瓦时热存储成本在15美元以下，最终实现平 准化发电，度电成本达到6美分。这些新的具有突破性的研发项目无疑给太阳能热发电带 来希望。但是仔细分析会发现，这些创新项目仍然是基础性的，多是在传统设计范围内进行 的单项改进，还没有突破传统的系统设计理念。总之，太阳能热发电技术面临颠覆性革命和 全新的技术突破。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是改变现有太阳能热发电站聚光传热、储热、换 热、蒸发的传统设计模式，采用独立的储热蓄电和梯级换热蒸发技术，以熔盐或硫以及流沙 为储热传热流体，结合槽式、菲涅尔以及塔式等聚光接收装置组成规模化的太阳能热发电 站，所采取的主要技术手段是将聚光、接收、传热和储热以及蒸发等功能集成为独立的热循 环单元，并将每一个热循环单元的蒸发器顺序连接，借鉴DSG即直接蒸汽模式形成梯级换 热蒸发，直至驱动动力发电装置发电，同时将储热和蓄电相结合，实现储热蓄电一体化。 本技术是通过以下技术方案实现的： 1、采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站包括太阳能接收器， 蒸发器及其蒸发器阵列、储热池、或储热蓄电池、传热储热介质、或传热储热蓄电介质、绝缘 法兰、高温动力泵、动力工质、动力发电装置、冷凝器、雾化室、换热器、凝结水罐、整流器、逆 变器组成，其主要特征在于：将聚光、接收、传热和储热池或储热蓄电池以及蒸发器共同组 成独立的热循环单元，其中太阳能接收器采用串联或并联方式组成聚光阵列，每一个聚光 阵列的太阳能接收器出口连接蒸发器传热储热介质进口，蒸发器出口通向储热池或储热蓄 电池，储热池或储热蓄电池出口连接高温动力泵，高温动力泵出口连接相对应的太阳能接 收器阵列进口，由此构成由聚光、接收、传热、储热、换热蒸发功能一体化的，且独立完整的 热循环单元；每个热循环单元的蒸发器另一侧传输动力工质，其进出口顺序连接，组成蒸发 器阵列，终端出口连接动力发电装置进口；在采用水做动力工质时选择雾化DSG直接蒸汽 模式，在蒸汽饱和段和过热段其间设置凝结水罐，以及在梯级蒸发器阵列进口处设置雾化 室；动力工质经蒸发器梯级阵列换热后最终进入动力发电装置膨胀做功；动力发电装置出 口连接冷凝器进口，冷凝器出口经高温动力泵连接雾化室进口或直接连接蒸发器阵列第一 级进口，由此完成动力工质的梯级蒸发换能做功循环；储热蓄电池正负电极分别连接整流 器、逆变器，整流器、逆变器连接电网，承担电站用电、储电和送电任务；为串联储热蓄电池 组成高压电池堆，在梯级蒸发器之间使用绝缘法兰电隔离各热循环单元； 1)所述太阳能接收器为抛物槽式聚光接收器、或塔式聚光接收器、或菲涅尔式聚 光接收器、或碟式聚光接收器；或流沙塔式太阳能接收器； 2)所述储热池由储热室、耐腐蚀壁、氮气或氦气室、储沙保温层、隔热层组成； 3)所述储热蓄电池由储热池和蓄电池两部分组成，其中储热池包括储热室、耐腐 蚀壁、氮气或氦气室、储沙保温层、中间隔离板、隔热层；中间隔离板另一侧为化学蓄电池， 包括正极集流器、负极集流器，以及正负电极固定装置；储热蓄电池选择钠镍、或钠硫、或锂 硫高温化学蓄电池；熔盐储热池和蓄电池由中间隔离板隔开，中间隔离板底部贯通，保证储 热介质在储热和蓄电之间流通； 4)所述动力发电装置是指朗肯蒸汽动力热发电装置、或有机朗肯动力热发电装 置、或布雷顿循环动力热发电装置； 5)所述冷凝器为水或空气冷凝器。 6)所述绝缘法兰是指在金属法兰之间使用陶瓷、或岩棉、或石棉做绝缘材料隔离 每一个热循环单元。 2、采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站，其特征在于：选择 流沙塔式太阳能热发电技术，该太阳能热发电站包括太阳能接收塔、太阳能接收器、流沙注 入口、流沙储热室、控制阀、流沙热交换器、储沙池、流沙输送装置以及由流沙构成的传热储 热介质；其中流沙由设置在太阳能接收塔顶部的太阳能接收器流沙进口注入，太阳能接收 器的垂直出口经流沙储热室、控制阀将流沙注入热交换器，流沙经热交换器进入储沙室，流 沙输送装置将储存在储沙室的流沙提升至位于塔身顶部的流沙注入口，最终形成独立的热 循环单元；每一个热循环单元的流沙热交换器的动力工质进出口顺序连接，构成梯级换热 和蒸发器阵列，直至驱动动力发电装置发电； 1)所述流沙为不同粒径的石英砂粒、或玻璃砂粒、或陶瓷砂粒、或金属珠粒、或陶 粒砂、或石墨颗粒、或玄武岩砂粒，或氧化铝导热球珠粒，或玻璃微珠； 2)所述流沙热交换器为管式、或板式、或碳化硅陶瓷换热器； 3)所述太阳能接收器采用碳化硅陶瓷换热管、或碳化硅陶瓷型砖构筑的太阳能接 收墙体，上端为流沙注入口，下端为流沙出口及控制阀； 4)在储沙室边缘一侧设置储热蓄电池，依托高温落砂或增设电加热器保证熔盐处 于熔融态和高温化学电池正常充放电。 本技术新颖之处在于，采用相对独立的循环储热蓄电和梯级蒸发技术组建规 模不等的太阳能热发电站，即可建立大型的蒸汽电站，也可建立超临界布雷顿电站。其次是 发挥熔盐优势，既作为传热储热介质，同时也作为高温蓄电池的电解质，特别是充分利用了 高温蓄电池放电产生的热能来保证储热需要，可谓一举多得。储热蓄电池结构简单，成本低 且易于安装，即解决电站自身用电，又降低运行费用，还可有效降低熔盐在系统中凝固的风 险。如果采用流沙塔式太阳能聚热装置更简化了电站构造。总之，由于该技术彻底颠覆了 传统太阳能热发电站的设计理念，为低成本发电奠定了可靠的技术基础。既有利于实现装 备制造标准化，更有利于规模化生产和降低电站投资成本，在提高发电效率和增加发电时 数的同时增强同化石能源竞争的能力。 【附图说明】 图1是本技术传统塔式热发电站使用储热蓄电池示意图 图2是本技术储热蓄电池内部结构示意图 图3是本技术槽式储热蓄电和梯级蒸发太阳能热发电站示意图 图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站包括太阳能接收器、蒸发器及其蒸发器阵列、储热池或储热蓄电池、传热储热介质或传热储热蓄电介质、绝缘法兰、高温动力泵、动力工质、动力发电装置、冷凝器、雾化室、换热器、凝结水罐、整流器、逆变器，其主要特征在于：将聚光、接收、传热和储热池或储热蓄电池以及蒸发器共同组成独立的热循环单元，其中太阳能接收器采用串联或并联方式组成聚光阵列，每一个聚光阵列的太阳能接收器出口连接蒸发器传热储热介质进口，蒸发器出口通向储热池或储热蓄电池，储热池或储热蓄电池出口连接高温动力泵，高温动力泵出口连接相对应的太阳能接收器阵列进口，由此构成由聚光、接收、传热、储热、换热蒸发功能一体化的，且独立完整的热循环单元；每个热循环单元的蒸发器另一侧的传输动力工质端，其进出口顺序连接，组成蒸发器阵列，终端出口连接动力发电装置进口；采用水做动力工质时选择雾化DSG直接蒸汽模式，在蒸汽饱和段和过热段其间设置凝结水罐，以及在梯级蒸发器阵列进口处设置雾化室；动力工质经蒸发器阵列梯级换热后最终进入动力发电装置膨胀做功；动力发电装置出口连接冷凝器进口，冷凝器出口经高温动力泵连接雾化室进口或直接连接蒸发器阵列第一级进口，由此完成动力工质的梯级蒸发换能做功循环；储热蓄电池正负电极分别连接整流器、逆变器，整流器、逆变器连接电网，承担电站用电、储电和送电任务；为串联储热蓄电池组成高压电池堆，在梯级蒸发器之间使用绝缘法兰隔离各热循环单元； 1)所述太阳能接收器为抛物槽式聚光接收器、或塔式聚光接收器、或菲涅尔式聚光接收器、或碟式聚光接收器；或流沙塔式太阳能接收器； 2)所述储热池由储热室、耐腐蚀壁、氮气或氦气室、储沙保温层、隔热层组成； 3)所述储热蓄电池包括储热和蓄电两部分，其中储热部分包括储热室、耐腐蚀壁、氮气或氦气室、储沙保温层、中间隔离板、隔热层；中间隔离板另一侧为蓄电池，包括必备的正极集流器、负极集流器，以及正负电极固定装置；储热蓄电池选择钠镍、或钠硫、或锂硫高温化学蓄电池；储热池和蓄电池由中间隔离板分隔，中间隔离板底部贯通，保证储热介质在储热和蓄电之间流通； 4)所述动力发电装置是指朗肯蒸汽动力热发电装置、或有机朗肯动力热发电装置、或布雷顿循环动力热发电装置； 5)所述绝缘法兰是指在金属法兰之间使用陶瓷、或岩棉、或石棉做绝缘材料隔离每一个热循环单元； 6)所述冷凝器为水或空气冷凝器。...

【技术特征摘要】
1. 采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的太阳能热发电站包括太阳能接收器、蒸发 器及其蒸发器阵列、储热池或储热蓄电池、传热储热介质或传热储热蓄电介质、绝缘法兰、 高温动力泵、动力工质、动力发电装置、冷凝器、雾化室、换热器、凝结水罐、整流器、逆变器， 其主要特征在于：将聚光、接收、传热和储热池或储热蓄电池以及蒸发器共同组成独立的热 循环单元，其中太阳能接收器采用串联或并联方式组成聚光阵列，每一个聚光阵列的太阳 能接收器出口连接蒸发器传热储热介质进口，蒸发器出口通向储热池或储热蓄电池，储热 池或储热蓄电池出口连接高温动力泵，高温动力泵出口连接相对应的太阳能接收器阵列进 口，由此构成由聚光、接收、传热、储热、换热蒸发功能一体化的，且独立完整的热循环单元； 每个热循环单元的蒸发器另一侧的传输动力工质端，其进出口顺序连接，组成蒸发器阵列， 终端出口连接动力发电装置进口；采用水做动力工质时选择雾化DSG直接蒸汽模式，在蒸 汽饱和段和过热段其间设置凝结水罐，以及在梯级蒸发器阵列进口处设置雾化室；动力工 质经蒸发器阵列梯级换热后最终进入动力发电装置膨胀做功；动力发电装置出口连接冷凝 器进口，冷凝器出口经高温动力泵连接雾化室进口或直接连接蒸发器阵列第一级进口，由 此完成动力工质的梯级蒸发换能做功循环；储热蓄电池正负电极分别连接整流器、逆变器， 整流器、逆变器连接电网，承担电站用电、储电和送电任务；为串联储热蓄电池组成高压电 池堆，在梯级蒸发器之间使用绝缘法兰隔离各热循环单元； 1) 所述太阳能接收器为抛物槽式聚光接收器、或塔式聚光接收器、或菲涅尔式聚光接 收器、或碟式聚光接收器；或流沙塔式太阳能接收器； 2) 所述储热池由储热室、耐腐蚀壁、氮气或氦气室、储沙保温层、隔热层组成； 3) 所述储热蓄电池包括储热和蓄电两部分，其中储热部分包括储热室、耐腐蚀壁、氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建城，
申请(专利权)人：张建城，
类型：新型
国别省市：河北;13