分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺的制作方法

专利名称：分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺,是一种太阳能 低温热能动力回收的工质及发电系统，属于资源与环境技术领域。
背景技术：
电力生产在工农业生产中扮演着越来越重要的角色，可以说电力供应是整 个社会发展的瓶颈。 一个世纪以来，电力工业都是严重地依赖于煤等化石燃料， 虽然近年来随着超临界朗肯循环等技术的应用，煤电效率逐步提高(现在世界上
最新技术已经能达到近50%的热效率)，但电力工业依然是二氧化碳及二氧化硫 严重环境污染物主要的排放源，同时随着化石燃料的枯竭，开釆的成本和难度会 越来越大，因此加大对新能源开发的力度，从而逐渐减轻国民生产及生活过程对 化石燃料的依赖程度，是人类必然面临的唯一选择。太阳是一切能量的源泉，解 决人类能源危机的关键无疑是对太阳能直接的高效开发和利用，国外已在这方面 做了一些工作，但主要是在工质为水蒸汽的高温太阳能热力发电系统方面的研 究大致可分为槽式聚焦、塔式聚焦及牒式聚焦太阳能热力发电三大系统。如美 国与以色列联合的LUZ公司于1980年开始研制的槽式线聚焦系统，其朗肯循环 的工质是水，是釆用蒸汽轮机驱动发电机进行发电的，现在已经实现了容量 14-80MW系列电力设备的产品化，如该公司于1985-1991年间先后在美国的加 洲南部的莫亚夫(Mojave)沙漠中建成的9座大型商用槽式抛物面镜线聚焦太 阳能热力发电系统(SEGSI-SEGSIX),总容量为354MW,年发电量为10.8亿度， 系统效率是13.6%，建造费用在3011 -5976美元/千瓦，发电成本在12-26.3美分 /度；又如美国于1982年4月在加洲南部Barstow附近的沙漠建成"太阳一号" 的示范性塔式太阳能热力发电系统,也是釆用蒸汽汽轮机发电模式，其发电容量 为IOMW，由于该装置可以提高系统的运行温度到565-1049°C,其的总发电效率 可以达到25-28%;由于碟式太阳能发电系统还可以将系统的运行温度提高到 750-1382°C，还可以获得更高的效率，美国正在大力研究这类样机。人类真正 实现"夸父逐日"的神话的步伐在急速加快。对分散式低温太阳能热力发电系 统的研究相对较少，凝汽器分釆用水冷和空冷的两种。在釆用水冷的情况下， 水侧的进出口的温升不大(如5。C左右)，釆用纯工质具有简单、工质性能稳定、
运行可靠的优点。

发明内容
本发明的目的是提供一种分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺，是釆用正戊烷(C5H,2)或正己烷(C6Hw)纯工质作为循环工质的分散式低温太阳能热 力发电系统，该系统可最大限度将低密度的太阳能转换为高品位的电能，该工 艺在系统中设置了储热措施，使之更能适应太阳能强度的变化需要，对于推动分 散式低温太阳能热力发电技术有着重大的意义。 解决本发明的技术问题所釆用的方案是
本发明的发电系统包括四个回路,首先是太阳能储热回路，里面走导热油 (或水)，之后是中间热媒回路,里面走油(或水),它的作用是把热量传输给下面回 路中的循环工质,再下来是低沸点工质动力循环回路，这个回路中的循环工质与 中间热媒中的热油(水)通过板式换热器来交换热量，最后是冷却水回路，这 个回路的主要作用是将透平排汽的凝结热排除。太阳能储热回路为储热罐的底
部通过太阳能热油循环管及电控阀V3接入热油循环泵，再接到太阳能集热加热 器的进口，太阳能集热加热器的出口通过管道接到储热罐的上部；VI、 V2、 V3为电控阀，当阳光充足时,V2关闭，V1、V3开启,可以同时发电及储热，当阳光 不足时,V2开启，V1、 V3关闭,可以利用储热器中的热量对热油进行再热。即中 间热媒回路分有两种情况:第一种情况,在太阳能集热加热器的出口温度达到或 超过设计值时，此时太阳强度充足,电控阀VI和V3开启,V2关闭，从太阳能加热 器来的热油:一路通过管道接到板式换热器的热油进口相连，板式换热器的热油 出口接至循环泵的入口，在板式换热器中把热量传递给循环工质,再被循环泵通 过管道送到太阳能加热器的回油接口 ，另外一路接入储热罐的上部进行储热，再 从储热罐的出口通过V3到循环泵的入口；第二种情况是在太阳能集热加热器 的出口温度低于设计值时，此时太阳强度不够，电控阀VI和V3关闭，V2开启, 此时从太阳能加热器初步加热出来的热油再经过储热罐的再次加热,经过V2进 入板式换热器；低沸点工质动力循环回路为透平排汽出口通过排汽管道与水冷 凝汽器相连,水冷凝汽器出口通过管道接至工质储液器入口，工质储液器出口 接到工质加压泵的入口，工质加压泵的出口通过管道接到板式换热器的冷流体 入口处，板式换热器的冷流体出口又通过管道接入汽液分离器的入口处，汽液 分离器的干饱和蒸汽出口通过管道与有机透平的主蒸汽入口相连，有机透平通
过联轴及变速机构驱动发电机；冷却水回路为经过冷却塔的降温后的水储存在
集水池中,用管道接入冷却水循环泵,由泵加压送入水冷凝汽器,吸收了工质的凝 结热之后的热水,重新用管道送到冷却塔的布水管入口。
该发电系统动力循环使用正戊烷(CsH^)或正己烷(C6H一纯工质；
该发电系统使用常压或低压(《0.6MPa)太阳能热油(水)系统(太阳能集热器
可为板式或真空管式),太阳能热油(水)系统中的循环工质可以采用导热油或者
水,其出口温度在60 X:以上；
该发电系统能蓄存太阳能的热能，通过在太阳能储热管路上设置控制阀门，可以根据需要实现蓄热器的蓄热与放热运行模式的转换。 该发电系统用于容量在100Kw之内的分散式发电场合。 该发电系统的凝汽器釆用水冷凝汽器的间接冷却方式。
该卑电系统设置了蓄热器，可以对太阳能集热器的热量进行蓄存,在需要的 时候蓄热器又可以转换到放热运行模式。 本发明的发电工艺为 (1 )按需要的发电容量配备太阳能集热器及其循环管路；
(2) 根据朗肯循环系统所需的工质的循环量及管道压降要求安装好动力循
环所需要的铜管路；
(3) 安装并连接好有机透平(或膨胀机)、板式热交换器(加热蒸发器)、
凝汽器、储液器、汽液分离器、工质加压泵、储热罐、冷却水循环泵、冷却塔
及闽门等设备、配件；
(4) 根据管路容积计算工质充注量，将正戊烷(C5H!2)或正己烷(C6H,4)计
量充入循环管路中。
工作原理为
太阳能热油(水)循环泵将从板式换热器回来的温度较低的热油(水)， 送入太阳能集热加热器里加热，加热后的热油(水)用管道输送到板式换热器和 储热器中换热,通过在热油(水)管路上设置电控阀实现在太阳光强度大的时候同 时发电及储热，在太阳能集热器加热量不足时从集热器出来的热油通过储热器
的再热,之后送到板式换热器中去加热工质流体；
温度较高的热油(水)从储热油(水)箱的上部接出到板式换热器,在板式换 热器中把热量传递给热动发电回路中的循环工质，使其蒸发汽化，降温后的热媒
油(水)被循环泵加压送回太阳能集热器加热；
板式换热器加热产生的循环工质蒸汽流入汽液分离器，液体被分离下来， 重新被板式换热器加热汽化，干蒸汽顺主蒸汽管导入透平(或膨胀机)膨胀做功， 带动发电机工作发电,膨胀做功后的低压蒸汽被排汽管输送到空冷凝汽器中凝 结为液体，再流入工质储液器中,再被工质加压泵吸入加压成为蒸发压力下的高 压液体，通过管路送到板式换热器中被太阳能的热油(水)加热蒸发,完成一个循 环。
本发明的有益效果是
(1) 直接将低密度的太阳能产生的200。C以内的热油(或水)具有的热量 高效地转换为高品位的电能。
(2) 实现了清洁发电过程的真正零排放；
(3) 实现了个性化的分散式发电，可以作为阳光充足的边远山区或者无法 取得集中电力的地区的电力保障系统。
6(4)可以实现太阳能热量的储存调节作用,更能满足太阳能发电的实际应用。


图1为本发明技术方案的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例图l中，有机透平(或膨胀机)l、励磁交流发电机2、空冷式凝汽 器3、工质储液器4、工质加压泵5、板式换热器6、汽液分离器7、进汽调节装置 8、紧急减压装置9、太阳能真空管集热加热器IO、热油(水)循环泵ll、太阳能 储热罐12、太阳能热油(水)循环管13、铜管14、冷却水循环泵15、冷却塔16。 太阳能热油(水)循环管13从储热罐12的底部接出，接入循环泵ll的进口， 再接入太阳能加热器10的进口，加热后的热油(水)用管道接到储热罐12的上 部及板式换热器6的入口位置，在油(水)管路上设置电控阀V1、 V2、 V3,可以实 现利用储热罐12进行储热及加热热媒油(水)的转换功能。
中间热媒油(水)从储热罐12的下部接出到板式换热器6，在板式换热器中 把热量传递给热动发电回路中的循环工质，降温后的热媒油(水)被循环泵ll 加压送回太阳能集热器加热。
板式换热器6加热产生的循环工质蒸汽流入汽液分离器7，液体被分离下 来,重新被板式换热器6加热汽化，干蒸汽顺主蒸汽管导入透平(或膨胀机)1膨 胀做功，带动发电机2工作发电,膨胀做功后的低压蒸汽被排汽管输送到空冷凝 汽器3中凝结为液体,再流入工质储液器4中，再被工质加压泵5吸入加压成为蒸 发压力下的高压液体,通过管路送到板式换热器6中被太阳能的热油(水)加热 蒸发，完成一个循环。
经过冷却塔16的降温后的水储存在集水池中,用管道接入冷却水循环泵15， 由泵加压送入水冷凝汽器,吸收了工质的凝结热之后的热水,重新用管道送到冷 却塔16的布水管入口。
昆明建一个低温太阳能热力发电样机，容量为3KW,经热力计算，在屋面 安装870根58U型真空管(d58x2100)太阳能集热加热器(按600-700w/m2的集 热强度计算)，中间热媒釆用水，太阳能储热罐的容积为3.5m3,集热器的出水 温度为93'C,回水温度为83'C，太阳能热水循环管及中间热媒管路釆用50mm
厚发泡橡塑管壳保温，中间热媒水与动力循环工质间釆用板式换热器，釆用将 正戊烷(C5HJ作为动力循环的工质，工质循环回路釆用铜管dl2xl，换热器到 透平间的工质铜管采用50mm厚发泡橡塑管壳保温绝热，工质加压泵釆用流量 为1500kg/h的屏蔽泵，排出压力为0.4MPa,釆用水冷凝结器，配一个机械通风 冷却塔，冷却水循环泵釆用管道泵，釆用特制螺杆膨胀动力机(3Kw)及励磁发 电机，其余设备配件按图连接。
权利要求
1、一种分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该系统包括太阳能储热回路、中间热媒回路、低沸点循环工质动力循环回路、冷却水回路，太阳能储热回路为储热罐(12)的底部通过太阳能热油循环管(13)及电控阀门(V3)接入热油循环泵(11)，再接到太阳能集热加热器(10)的进口，太阳能集热加热器(10)的出口通过管道接到储热罐(12)的上部；中间热媒回路为储热罐(12)的上下分别连电控阀V1和V3，且与电控阀V1并联，太阳能加热器(10)与板式换热器(6)的热油进口相连，板式换热器(6)的热油出口接至循环泵(11)的入口，在板式换热器(6)中把热量传递给循环工质，再被循环泵(11)通过管道送到太阳能加热器(10))的回油接口，另外一路接入储热罐(12)的上部进行储热，再从储热罐(12)的出口通过V3到循环泵(11)的入口；低沸点循环工质动力循环回路为透平(1)排汽出口通过排汽管道与水冷凝汽器(3)相连，水冷凝汽器(3)出口通过管道接至工质储液器(4)入口，工质储液器(4)出口接到工质加压泵(5)的入口，工质加压泵(5)的出口通过管道接到板式换热器(6)的冷流体入口处，板式换热器(6)的冷流体出口又通过管道接入汽液分离器(7)的入口处，汽液分离器(7)的干饱和蒸汽出口通过管道与有机透平(1)的主蒸汽入口相连，有机透平(1)通过联轴及变速机构驱动发电机(2)；冷却水回路为经过冷却塔(16)的降温后的水储存在集水池中，用管道接入冷却水循环泵15，由泵加压送入水冷凝汽器(3)，吸收了工质的凝结热之后的热水，重新用管道送到冷却塔(16)的布水管入口。
2、 如权利要求l所述的分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该发 电系统动力循环使用正戊烷或正己烷的纯工质；
3、 如权利要求l所述的分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该发 电系统使用常压也可为《0.6Mpa的低压太阳能集热器，可为板式或真空管式, 太阳能储热系统中的介质可以釆用导热油或者水,其出口温度在60 °C以上；
4、 如权利要求l所述的分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该发 电系统用于容量在100Kw之内的分散式发电场合。
5、 如权利要求l所述的分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该发 电系统的凝汽器釆用水冷凝汽器的间接冷却排热方式。
6、 如权利要求l所述的分散式低温太阳能热力发电系统，其特征是该发 电系统设置了蓄热器,可以对太阳能集热器的热量进行蓄存，在需要的时候蓄热 器又可以转换到放热运行模式。
7、 一种分散式低温太阳能热力发电工艺，其特征是(1) 按需要的发电容量配备太阳能集热器及其循环管路；(2) 根据朗肯循环系统所需工质的循环量及管路压降要求安装好动力循环所需要的铜管路；(3) 安装并连接好有机透平、板式热交换器、凝结器、储液器、汽液分离器、工质加压泵、储热罐、冷却水循环泵、冷却塔及阀门等设备、配件；(4) 根据管路容积计算工质充注量，将正戊烷(R601a)或正己烷计量充入 循环管路中。
全文摘要
本发明涉及一种分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺，是按发电容量配备太阳能集热加热器及其循环管路；安装并连接好板式热交换器、凝汽器、储液器、汽液分离器、工质加压泵、储热罐、冷却水循环泵、冷却塔及阀门等设备、配件；根据管路容积计算工质充注量，将正戊烷(C₅H₁₂)或正己烷(C₆H₁₄)计量充入循环管路中。本发明可以直接将低密度的太阳能高效地转换为高品位的电能，实现真正零排放的洁净发电过程，避免了传统区域集中大型发电系统的电力线损及巨大的输配电系统的投资和维护。
文档编号F03G6/00GK101509472SQ20081005871
公开日2009年8月19日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者冷婷婷, 华 王, 王辉涛 申请人:昆明理工大学