[发明专利]风光互补电解铝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种有关电解铝的能源综合利用装置，特别是一种将风能与太阳能互补利用的能源利用装置，属于能源利用技术领域。

背景技术

随着近年来电解铝规模的快速扩张，面临居高不下的用电成本，如何降低供电系统设备的能量消耗已成为众多同行业面对的共同问题。

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为是世界能源战略的重要组成部分。太阳能热利用是太阳能利用中最主要的方式，其利用形式具有多样性，按照其介质所达到的温度，分为低、中、高温利用。太阳能热发电是一种替代常规能源的方法，是各国科学家和政府关注的重点之一。按照聚光方式的不同，其主要有塔式、槽式、碟式三种方式，其中槽式太阳能热发电是商业化水平较高、技术较为成熟的一种，集热效率可达到60%以上，但发电效率一般在20%左右，大量的光热转化能量没得到应用，因而成本较高，推广难度较大。

风电并网是目前世界上大规模风电场的唯一应用方式。风能的利用主要按照“风轮—发电机—电网—用户(负载)”这个路线来进行，其中电网是风电的负载和用户的电源，电网的存在保证了风电的利用。但是由于风电的不稳定性和波动特性，大规模风电上网还存在着现阶段难以克服的技术障碍，风电对电网贡献率难以超过10％已成为一个世界性难题。同时，风电上网对风力机提出了满足电网稳频、稳压和稳相的要求，由此大幅度增加了风力机制造成本和风电价格，使风电的大规模应用受到限制。应对这一难题，提出大规模非并网风电理论。非并网风电是指风电系统的终端负荷不再是传统的单一电网，而是直接应用于一系列能够适应风电特性的高载能产业及其他特殊领域。目前主要应用于以电解铝为重点的有色冶金工业、盐化工氯碱产业、大规模海水淡化、规模化制氢和以非金属为原料的精深加工产业链等。电解工业是其中比较理想的用户之一，这是因为：①电解工业使用直流电，风力机向负载直接供应直流电，不需要研究频率和相位控制等技术，也省去了整流、变频(逆变)等复杂设备；②电解工业热容量大，只要控制电解过程的热平衡，负载就能较好地适应风电电流的波动；③电解工业耗电量大、用电集中的特点，有利于大量应用风电替代化石能源，实现大规模节能减排。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服上述电解铝高能耗、风电不能直接并网和太阳能热发电效率不高这三个缺陷，提供了一种能够将风能以非并网的形式与太阳能互补利用，同时解决电解铝高能耗问题、实现太阳能高效率利用的风光互补电解铝装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种风光互补电解铝装置，该装置包括电解铝装置、太阳能集热产生蒸汽装置、蓄热多级利用装置、热能利用装置、循环辅助装置、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、循环管路、混合箱、循环泵。

电解铝装置的出口通过循环管路与蓄热多级利用装置的第一入口相接，蓄热多级利用装置的第一出口通过循环管路与混合箱的第一入口相接，蓄热多级利用装置的第二出口通过循环管路连接循环泵并与电解铝装置的入口相接，混合箱的出口通过循环管路与热能利用装置的入口相接，热能利用装置的出口通过循环管路与循环辅助装置的入口相接，其中热能利用装置产生的电能直接供应于电解铝装置。

循环辅助装置的出口分成三路，其中一路通过第一阀门与太阳能集热产生蒸汽装置的入口相接，另一路通过第二阀门与太阳能集热产生蒸汽装置的出口相接，还有一路通过第三阀门与蓄热多级利用装置第二入口相接。

太阳能集热产生蒸汽装置的出口通过第四阀门与蓄热多级利用装置的第三入口相接，还通过第五阀门与混合箱的第二入口相接。

太阳能集热产生蒸汽装置和蓄热多级利用装置通过第四阀门和第五阀门的调节使得循环工质经混合箱混合后输出的工质工况符合热能利用装置的要求；循环辅助装置用于保证系统循环顺利的进行。

所述的太阳能集热产生蒸汽装置包括：预热装置，为生物质能加热装置或电加热装置或燃烧加热装置；太阳能集热装置，为槽式太阳能集热装置或塔式太阳能集热装置或碟式太阳能集热装置；第六阀门；第七阀门；循环管路。

预热装置的入口为太阳能集热装置的入口，预热装置的出口分成两路，其中一路通过第六阀门与太阳能集热装置的入口相接，另一路通过第七阀门与太阳能集热装置的出口相接，太阳能集热装置的出口为太阳能集热产生蒸汽装置的出口。

所述的蓄热多级利用装置包括：预热装置、蒸发装置、过热装置、第八阀门，第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门、循环管路。