一种无蓄能宽辐照聚光太阳能-卡琳娜发电系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种无蓄能宽辐照聚光太阳能-卡琳娜发电系统与方法。
【背景技术】
[0002]聚光太阳能热发电系统面临变辐照聚光集热效率严重下降的问题。传统思路是太阳能聚光集热场变辐照时通过调节做功工质流量与集热量进行匹配，但使得动力单元处于变工况条件下运行。而且一般情况下当太阳辐照强度达到300W/m2时，系统才能运行，使得低于300W/m2的太阳辐照强度难以利用。
[0003]目前，槽式太阳能热发电是太阳能热发电技术中发展最为成熟，商业化程度最高的技术形式，其集热温度小于390°C，属中低品位热能。由于太阳入射角和太阳辐照强度不断变化，目前一般采用太阳能跟踪装置，以保证太阳的垂直照射，却没有措施用来减小因太阳辐照强度变化而引起的有效集热量的变化。
[0004]卡琳娜发电循环是一种利用氨水混合物作为工质的动力循环，氨水泡点温度低，且由于其变温蒸发的特性，使得其在吸热蒸发或放热冷凝过程中，与热源或冷源的温度变化有很好的匹配，减小了不可逆损失，提高了系统发电效率，所以氨水在中低温热利用方面有很大潜力。现有太阳能卡琳娜发电循环利用氨水变温蒸发的特性，使得中低温太阳热能的利用效率得到了提高，但其同样存在变辐照变工况效率下降和低辐照无法利用的问题。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种无蓄能宽辐照聚光太阳能-卡琳娜发电系统与方法，以解决当前中低温太阳能卡琳娜发电循环中存在的以下问题:变辐照下聚光集热效率严重下降；随太阳辐照强度、太阳入射角和环境温度等的变化，镜场有效热能不断变化，导致系统处于变工况运行状态；太阳辐照强度较低时，低品位集热无法被利用。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种无蓄能宽辐照聚光太阳能-卡琳娜发电系统与方法，该系统包括可变镜面积槽式太阳能集热器子系统和可变流程卡琳娜发电循环子系统，其中:可变镜面积槽式太阳能集热器子系统包括主聚光镜15、扩展聚光镜14和吸收管16，其中吸收管16设置于主聚光镜15和扩展聚光镜14的聚光轴上，扩展聚光镜14全部展开后位于主聚光镜15两侧或全部收缩后位于主聚光镜15后侧，以改变该可变镜面积槽式太阳能集热器子系统的集热面积；随太阳辐照强度减小，集热温度不变，通过改变扩展聚光镜14有效集热面积，维持传热介质流速在合理范围内，做功工质初温不变，可变流程卡琳娜发电循环子系统维持高温做功循环流程；当扩展聚光镜14已经全部展开至主聚光镜15两侧，而太阳辐照强度继续减小，需降低集热温度和传热介质进出口温差，以维持传热介质流速在合理范围内，也即减小做功工质初温，可变流程卡琳娜发电循环子系统被调整为低温做功循环流程，改变进入汽轮机的做功工质的温度、压力和浓度。
[0009]上述方案中，所述可变流程卡琳娜动力循环子系统包括凝结氨栗1、分流器2、气液分离器3、第一换热器4、第二换热器5、混合冷凝器6、给氨栗7、蒸汽发生器8、低温汽轮机9、高温汽轮机10、吸收器11、节流阀12和截止阀13，其中，所述可变流程卡琳娜发电循环子系统的高温做功循环流程为:氨水溶液(质量百分比浓度0.3)经凝结氨栗I加压(3.5bar)后进入分流器2，经分流器2分为两股物流，一股经换热器4加热(75°C )后进入气液分离器3，另一股与来自气液分离器3气体出口端的气体在混合冷凝器6中混合为做功工质，做功工质经给氨栗7加压至做功压力(SObar)后，依次经过回热器5、蒸汽发生器8达到做功温度(300°C )，进入高温汽轮机10膨胀做功，做功乏汽经换热器4热回收后进入吸收器11，与来自气液分离器3液体出口端的液体在混合冷凝器6中混合为基础溶液，完成一个循环。
[0010]上述方案中，在高温做功循环流程中，通过调整扩展聚光镜面积，使聚光镜聚光比为50，与高温做功循环所需集热量进行匹配。
[0011]上述方案中，所述可变流程卡琳娜动力循环子系统包括凝结氨栗1、分流器2、气液分离器3、第一换热器4、第二换热器5、混合冷凝器6、给氨栗7、蒸汽发生器8、低温汽轮机9、高温汽轮机10、吸收器11、节流阀12和截止阀13，其中，所述可变流程卡琳娜发电循环子系统的低温做功循环流程为:氨水溶液(质量百分比浓度0.7)经凝结氨栗I加压至气液分离压力(40bar，也即做功压力)后进入分流器2，分流器2将溶液全部送入换热器4的冷工质入口端，回收做功乏汽余热后，进入换热器5冷工质入口端，回收气液分离器3液体出口端液体的余热，然后，进入蒸汽发生器8，经太阳热能加热至气液分离温度(150°C，也即做功温度)后，进入气液分离器3，气液分离器3气体出口端出口气体直接进入低温汽轮机9膨胀做功，做功乏汽经换热器4热回收后，进入吸收器11，与来自气液分离器3液体出口端液体在混合冷凝器6中混合冷凝，完成一个循环。
[0012]上述方案中，在低温做功循环流程中，吸收器11和混合冷凝器6采用常温水进行冷却，通过调整扩展聚光镜面积，使聚光镜聚光比为60，与低温做功循环所需集热量进行匹配。
[0013]上述方案中，该系统通过改变扩展聚光镜14的有效集热面积，即未被主聚光镜15遮挡的部分，以改变整体聚光镜面积，从而改变槽式太阳能集热器几何聚光比，维持集热量不变，从而维持传热介质流速在合理范围内。
[0014]上述方案中，所述改变扩展聚光镜14的有效集热面积，具体包括:太阳辐照强度增大时，扩展聚光镜14部分或全部收缩至主聚光镜15后侧；太阳辐照强度减小时，扩展聚光镜14部分或全部展开至主聚光镜15两侧。
[0015]上述方案中，所述高温做功循环流程中做功工质进入汽轮机的温度，高于所述低温做功循环流程中做功工质进入汽轮机的温度；所述高温做功循环流程中和所述低温做功循环流程中做功工质进入汽轮机的浓度不同；所述高温做功循环流程中做功工质的初压决定于给氨栗7，初压较高；所述低温做功循环流程中做功工质的初压决定于凝结氨栗1，初压较低；所述高温做功循环流程中和所述低温做功循环流程中进入气液分离器3的基础溶液的浓度、压力和温度不同。
[0016]为达到上述目的，本发明还提供了一种无蓄能宽辐照聚光太阳能-卡琳娜发电方法，包括:随太阳辐照强度减小，集热温度不变，通过改变扩展聚光镜有效集热面积，维持传热介质流速在合理范围内，做功工质初温不变，可变流程卡琳娜发电循环子系统维持高温做功循环流程；当扩展聚光镜已经全部展开至主聚光镜两侧，而太阳辐照强度继续减小，需降低集热温度和传热介质进出口温差，以维持传热介质流速在合理范围内，也即减小做功工质初温，可变流程卡琳娜发电循环子系统被调整为低温做功循环流程，改变进入汽轮机的做功工质的温度、压力和浓度。
[0017]上述方案中，所述可变流程卡琳娜发电循环子系统的高温做功循环流程为:氨水溶液(质量百分比浓度0.3)经凝结氨栗I加压(3.5bar)后进入分流器2，经分流器