基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统及其控制方法：发电系统包含碟式太阳能吸收系统、布雷顿循环发电系统、沼气生产系统和监控系统；控制方法为通过温度传感器、压力传感器、光敏传感器检测信号，通过控制器控制跟踪转动装置、电磁三通阀、电磁控制阀和电磁调节阀。本系统结构简单，成本低，利用可再生清洁能源，自动化控制，实现电能的持续稳定输出，既可应用在分布式能源系统中，也可应用在独立发电系统中。
【专利说明】
基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统及其控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属于可再生能源应用领域，涉及一种光气互补发电系统及其控制方法，具体是基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]针对不断消耗的化石能源和日益严重的环境污染，可再生清洁能源的应用得到了广泛的关注和蓬勃的发展。中国属于太阳能资源大国，太阳能热发电技术目前已经成为科学研究以及产业化的前沿工作。
[0003]由于太阳能资源的分散性、随机性和间歇性，单独利用太阳能的发电系统存在连续稳定供电问题。
[0004]碟式太阳能热发电系统的结构简单，运行可靠，光电转化效率高，但是较高的系统成本和不成熟的热储蓄/混合动力技术制约了碟式斯特林太阳能热发电系统的广泛应用。
[0005]布雷顿热机具有较低的系统成本、较低的运行与维护费用和成熟的混合动力技术。
[0006]沼气发电不会破坏生态环境，沼气又能在自然界不断生成，属于可再生清洁能源。
[0007]现有的太阳能-沼气发电系统，由于昼夜更替，以及阴天等天气原因，太阳能加热系统受天气的影响，发电工作过程容易出现波动，并且沼气产生系统也会受环境温度的影响，影响沼气的产量。
[0008]因此，开发基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统稀奇控制方法能够解决上述问题。
【发明内容】
[0009]针对现有的碟式斯特林太阳能热发电系统成本过高，且无法在太阳能强弱变化时输出稳定连续电力的问题，本发明提供一种基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统及其控制方法；
[0010]本发明解决上述技术问题通过下述技术方案予以实现:该基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统包括碟式太阳能吸收系统、布雷顿循环发电系统、沼气生产系统和监控系统，其中:
[0011]碟式太阳能吸收系统包括机座支柱、跟踪转动装置、抛物面聚光镜、镜面框架、接收器支架、太阳能接收器，其中:
[0012]机座支柱，用于固定支撑碟式太阳能吸收系统；
[0013]跟踪转动装置，用于调整抛物面聚光镜对准太阳；
[0014]抛物面聚光镜，用于聚焦太阳光；
[0015]镜面框架，用于固定支撑抛物面聚光镜；
[0016]接收器支架，用于固定支撑太阳能接收器；
[0017]太阳能接收器，用于吸收聚焦后的太阳热量，并将热量传递给气态工质。
[0018]布雷顿循环发电系统包括燃烧室，回热器，燃气透平，压气机，发电机，进气管和排气管，其中:
[0019]燃烧室，用于燃烧沼气并加热气态工质；
[0020]回热器，用于对新鲜气态工质进行预热；
[0021 ]燃气透平，用于将气态工质的热能转换为机械能；
[0022]压气机，用于提高气态工质压力；
[0023]发电机，用于将机械能转换为电能；
[0024]进气管，用于引入气态工质，进气管与压气机相连；
[0025]排气管，用于排出气态工质，排气管与回热器相连；
[0026]沼气生产系统包括进料管、余热回收器、热管、沼气发酵池、气液分离器、沼气储存罐，其中:
[0027]进料管，用于引入沼气发酵所需的有机物质；
[0028]余热回收器，用于回收回热器排放的高温废气热量；
[0029]热管，用于将余热回收器中的热量传递给沼气发酵池；
[0030]沼气发酵池，用于制备沼气；
[0031 ]气液分离器，用于分离沼气和水分；
[0032]沼气储存罐，用于储存沼气；
[0033]所述监控系统包括电磁三通阀，电磁控制阀，电磁调节阀，光敏传感器，温度传感器、压力传感器和控制器，其中:
[0034]电磁三通阀，系统中有两个电磁三通阀，第一电磁三通阀用于控制在太阳能接收器中加热的工质进入燃烧室或燃气透平，第二电磁三通阀用于控制从回热器排除的高温废气进入排气管或余热回收器；
[0035]电磁控制阀，用于控制进料管给沼气发酵池提供有机物质；
[0036]电磁调节阀，用于调节沼气储存罐中沼气进入燃烧室的流量；
[0037]温度传感器，用于检测沼气发酵池温度；
[0038]压力传感器，用于检测沼气储存罐压力；
[0039]光敏传感器，用于检测太阳高度角、太阳方位角和太阳能辐射强度；
[0040]控制器，用于输入温度传感器、压力传感器、光明传感器检测信号，并控制跟踪转动装置、电磁三通阀、电磁控制阀和电磁调节阀；
[0041]控制器，用于输入温度传感器、压力传感器、光明传感器检测信号，并控制跟踪转动装置、电磁三通阀、电磁控制阀和电磁调节阀；
[0042]控制器27为SMATIC S7-1500 PLC控制器，通过PC机编程可实现整个系统的自动化控制。
[0043]本发明的有益效果是:利用天阳能和沼气互补，当太阳能的强弱发生变化时，自动调节供给燃烧室中的沼气，实现供电的连续性和稳定性，从而避免对电网造成冲击，既可应用在分布式能源系统中，也可应用在独立发电系统中；沼气生产系统还可连接用户生活燃气设备;采用可再生清洁能源一太阳能和沼气作为发电能源，而且可以回收烟气余热，极大地节约了不可再生能源的消耗，减轻对环境的污染，节能环保;采用控制电路采集系统工作参数，并对系统工作状态进行合理调整，整个过程基本都是自动化控制，使用方便可靠;具有结构简单、成本低、发电效率高、实用性强、推广前景广阔等优点。
【附图说明】
[0044]图1为本发明的结构示意图:1:机座支柱，2:跟踪转动装置，3:抛物面聚光镜，4:镜面框架，5:接收器支架，6:太阳能接收器，7:燃烧室，8:回热器，9:燃气透平，10:压气机，11:发电机，12:进气管，13:排气管，14:进料管，15:余热回收器，16:热管，17:沼气发酵池，18:气液分离器，19:沼气储存罐，20:第一电磁三通阀，21:第二电磁三通阀，22:电磁控制阀，23:电磁调节阀，24:温度传感器，25:压力传感器;26:光敏传感器，27:控制器。
[0045]图2为本发明的控制方法示意图。
【具体实施方式】
[0046]—种基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统，包括碟式太阳能吸收系统，布雷顿循环发电系统，沼气生产系统，监控系统。所述碟式太阳能吸收系统包括抛物面聚光镜3，抛物面聚光镜3由镜面框架4支撑，接收器支架5将太阳能接收器6固定在抛物面聚光镜3之上，跟踪转动装置2将镜面框架4支撑固定在机座支柱I上;所述布雷顿循环发电系统包括压气机10、回热器8、太阳能接收器6、燃烧室7、燃气透平9、发电机11，上述部件依次连通，进气管12与压气机10相连，排气管13与回热器8相连;所述沼气生产系统包括进料管14、沼气发酵池17、气液分离器18、沼气储存罐19，上述部件依次连通，余热回收器15将回热器8排出的废气中热量储存起来，沼气发酵池17与余热回收器15之间通过热管16连接，沼气储存罐19通过沼气管道与燃烧室7连接;所述的监控系统包括设置在太阳能接收器6、燃烧室7、燃气透平9之间的第一电磁三通阀20，设置在回热器8、排气管13、余热回收器15之间的第二电磁三通阀21，设置在进料管14与沼气发酵池17之间的电磁控制阀22，设置在沼气储存罐18与燃烧室7之间的电磁调节阀23，设置在沼气发酵池17中的温度传感器24，设置在沼气储存罐19中的压力传感器25，放置在光源处的光敏传感器26，上述控制部件均与控制器27通信连接。
[0047]控制器27为SMATIC S7-1500 PLC控制器，通过PC机编程实现整个系统的自动化控制。
[0048]上述基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统的控制方法。发电系统工作时，气态工质首先通过进气管12进入压气机10，升压后进入回热器8与燃气透平9排出的高温气态工质换热，预热后的气态工质进入太阳能接收器6被加热；当光敏传感器26检测到的太阳能辐射强度大于或等于预设值时，控制器27控制第一电磁三通阀20使被加热的气态工质直接进入燃气透平9，否则控制器27控制第一电磁三通阀20使被加热的气态工质进入燃烧室7，而且控制器27根据光敏传感器26检测到的太阳辐射强度，通过电磁调节阀23控制从沼气储存罐19进入燃烧室7的沼气流量;气态工质通过燃烧沼气被进一步加热，再进入燃气透平9，燃气透平9将气态工质热能转换为机械能，并驱动发电机11输出电能。
[0049]太阳能跟踪系统工作时，控制器27根据光敏传感器26检测到的太阳能辐射强度，控制跟踪转动装置2调整由镜面框架4支撑的抛物面聚光镜3的高度角和方位角，使抛物面聚光镜3对准太阳，将聚焦的太阳热量传递到放置在抛物面聚光镜3的焦点上的由接收器支架5支撑的太阳能接收器6。
[0050]以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统，其特征在于:包括碟式太阳能吸收系统，布雷顿循环发电系统，沼气生产系统，监控系统。 所述碟式太阳能吸收系统包括抛物面聚光镜(3)，抛物面聚光镜(3)由镜面框架(4)支撑，接收器支架(5)将太阳能接收器(6)固定在抛物面聚光镜(3)之上，跟踪转动装置(2)将镜面框架(4)支撑固定在机座支柱(I)上； 所述布雷顿循环发电系统包括压气机(10)、回热器(8)、太阳能接收器(6)、燃烧室(7)、燃气透平(9)、发电机(11)，上述部件依次连通，进气管(12)与压气机(10)相连，排气管(13)与回热器(8)相连； 所述沼气生产系统包括进料管(14)、沼气发酵池(17)、气液分离器(18)、沼气储存罐(19)，上述部件依次连通，余热回收器(15)将回热器(8)排出的废气中热量储存起来，沼气发酵池(17)与余热回收器(15)之间通过热管(16)连接，沼气储存罐(19)通过沼气管道与燃烧室(7)连接； 所述的监控系统包括设置在太阳能接收器(6)、燃烧室(7)、燃气透平(9)之间的第一电磁三通阀(20)，设置在回热器(8)、排气管(13)、余热回收器(15)之间的第二电磁三通阀(21)，设置在进料管(14)与沼气发酵池(17)之间的电磁控制阀(22)，设置在沼气储存罐(18)与燃烧室(7)之间的电磁调节阀(23)，设置在沼气发酵池(17)中的温度传感器(24)，设置在沼气储存罐(19)中的压力传感器(25)，放置在光源处的光敏传感器(26)，上述监控系统部件均与控制器(27)通信连接。2.根据权利要求1所述的基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统，其特征在于:控制器(27)为S頂ATIC S7-1500PLC控制器，通过PC机编程实现整个系统的自动化控制。3.根据权利要求1-2任一项所述的基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统，其特征在于:该发电系统既可应用在分布式能源系统中，也可应用在独立发电系统中。4.根据权利要求3所述的基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统，其特征在于:沼气生产系统还可连接用户生活燃气设备。5.权利要求1-4任一项所述的基于布雷顿循环的碟式太阳能与沼气互补发电系统的控制方法，所述方法包括: 根据光敏传感器(26)检测到的太阳辐射强度，控制器(27)控制跟踪转动装置(2)调整抛物面聚光镜(3)的高度角和方位角，使抛物面聚光镜(3)对准太阳； 光敏传感器(26)检测到的太阳辐射强度大于或等于预设值时，控制器(27)控制第一电磁三通阀(20)使太阳能接收器(6)与燃气透平(9)连通;否则控制器(27)控制第一电磁三通阀(20)使太阳能接收器(6)与燃烧室(7)连通，且控制器(27)根据光敏传感器(26)检测到的太阳辐射强度，通过电磁调节阀(23)控制从沼气储存罐(19)进入燃烧室(7)的沼气流量； 温度传感器(24)检测到的沼气发酵池(17)温度大于或等于预设值时，控制器(27)控制第二电磁三通阀(21)使回热器(8)与排气管(13)连通，否则控制器(27)控制第二电磁三通阀(21)使回热器(8)与余热回收器(15)连通； 压力传感器(25)检测到的沼气储存罐(19)压力大于或等于预设值时，控制器(27)控制电磁控制阀(22)断开进料管(14)与沼气发酵池(17)的连接，否则控制器(27)控制电磁控制阀(22)使进料管(14)与沼气发酵池(17)连通。
【文档编号】F02C6/00GK105971732SQ201610402865
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】谌盈盈, 李玉强, 廖胜明
【申请人】中南大学