[发明专利]一种塔式太阳能高低温梯级吸热储热发电系统及方法

说明书

本发明涉及一种塔式太阳能高低温梯级吸热储热发电系统及方法，该系统包括高温熔盐吸热器、上低温吸热器、下低温吸热器、低温熔盐加热器、低温熔盐储罐、高温熔盐储罐，所述下低温吸热器、上低温吸热器与低温熔盐加热器的热侧串联，低温熔盐加热器的冷侧与低温熔盐储罐的进、出口串联，高温熔盐吸热器布置于下低温吸热器与上低温吸热器之间，下低温吸热器与上低温吸热器组成低温吸热器，该系统利用低温吸热器吸收塔式系统中的定日境场聚光的“溢光”及“弃光”，加热低温熔盐储罐中的熔盐，从而减少热量损失，提高储热量及系统发电效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及太阳能热利用，尤其涉及一种塔式太阳能高低温梯级吸热储热发电系统及方法。

背景技术

随着传统化石能源的巨大消耗，人们面对日益严峻的能源与环境问题。新的能源技术革命要从提高能源利用效率以及优化能源消费结构着手。提高非化石能源比例，特别是可再生能源比例对于未来的能源和环境有着重要的意义。目前可再生能源仅占12%左右，可再生能源已经被作为新一代能源技术的战略制高点。可再生能源包括了水能、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能等。其中太阳能分布广泛，安全清洁，总量巨大，取之不尽用之不竭，受到了广泛关注，是可再生能源中的重要组成部分。

太阳能热发电的原理是利用吸热器吸收太阳光作为高温热源，热工质吸收热，进入下一步动力循环，产生机械能，带动发电机组发电，常见形式有碟式、槽式和塔式系统等。太阳能光热发电可结合廉价储能，输出稳定，可承担基础负荷，调节迅速，又可作为调峰电源，可进一步提高其他非稳定可再生能源的上网消纳能力，在未来发展前景巨大。

目前塔式热发电系统主要采用熔盐作为吸热和储热介质，熔盐吸热器多为裸露式，其外壁面同时为聚光接收面和大气交界面。熔盐吸热器上的聚光能流密度与塔式系统定日镜场布置方式和控制等直接相关。由于定日镜距离集热塔顶的吸热器距离较远，聚焦光斑位置存在一定误差。一般的，熔盐吸热器上的聚光能流密度分布呈现中间高（最高能流密度可大1000kW/m2以上），逐渐向两端降低的分布。熔盐吸热器要求温度高，因而只能利用中间高强度聚光部分，两端溢出的聚光能量没有被吸收利用，造成“溢光”损失。该“溢光”损失可达10%左右。为防止吸热器两端溢出的聚光对附件设备的损坏，在熔盐吸热器上下两侧有隔热防护装置，一般采用白色的耐温隔热材料。同时为了尽可能减少溢出损失，吸热器上的聚光能流又必须集中，更加容易造成吸热器局部超温，减少寿命，甚至发生安全事故。

当发生云遮挡时，熔盐吸热器接受太阳辐射能量急剧减少，此时吸热器对外会一直散热，因此吸热器壁面温度将急剧下降，严重时可以导致吸热器中熔盐工质的凝固，对吸热器造成致命的损伤。

综上，熔盐吸热器工作环境较恶劣，其温度高，温度梯度大，热应力敏感；正常运行时每天至少启停一次，热疲劳影响严重。为了保证熔盐吸热器在太阳能辐射变化时能够及时调控，定日镜数目的设计留有一定余量。当太阳能光充足时，有部分定日镜的聚光焦点并没有投在熔盐吸热器上，而是在熔盐吸热器附近，随时准备。当熔盐吸热器温度过高时，则撤出部分定日聚光，作为预备；当吸热器温度降低时，投入预备的定日镜，使得吸热器温度稳定。这部分预备的定日镜聚光造成了“弃光”损失，可达10%以上。

综上，“溢光”损失以及“弃光”损失总共可达20%以上，造成了巨大损失，降低了效率，大幅提高了系统成本。

发明内容

本发明针以上塔式太阳能熔盐发电系统的“溢光”以及“弃光”损失，提出了一种塔式太阳能高低温梯级吸热储热发电系统，将“溢光”以及“弃光”采用低温吸热器来吸收，并将所吸收的热量加热低温熔盐储罐中的熔盐工质或者加热蒸汽朗肯循环发电系统中的给水，从而降低损失，提高输出功率，可将系统效率提高十个百分点。本发明的具体方案如下：