[发明专利]一种小型塔式斯特林储能光热发电系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种小型塔式斯特林储能光热发电系统的技术。

背景技术

一方面人类能源消费水平不断提高，另一方面常规化石能源日益枯竭，而且常规化石能源伴随的污染物排放问题日益不能满足人们对于未来能源的需求。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型清洁能源，正越来越得到人们的重视，针对太阳能的开发工作正在日益取得进展。

目前比较流行的太阳能发电主要分为光伏发电和太阳能光热发电两种形式。其中光伏发电采用太阳能电池板或电池薄膜接收太阳光，并直接将光能转化成电能，但是在发电效率和电池寿命方面存在很大不足。按现有的技术分，太阳能光热发电则可分为槽式太阳能热发电、蝶式太阳能发电和塔式太阳能集热发电。

传统的斯特林发电机往往配以碟式抛物面反射镜热发电系统，是点式聚焦系统，它应该是太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能光热发电系统了。碟式系统也称为抛物面反射镜斯特林系统，是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热介质被加热后，驱动斯特林发动机进行发电。碟式系统的聚光比非常高，从几百至上千都可达到，聚焦温度甚至可以达到1000℃以上，效率较高，对于地面坡度要求也更为灵活。但成本上还缺少优势，技术上也有待于完善。碟式系统较适用于边远地区独立电站。有比较优良的性能指标，可以单台使用或多台并联使用，适宜小规模发电。

而“斯特林发电机+碟式反射镜”组成的碟式抛物面反射镜斯特林系统，该系统较适用于边远地区独立小规模发电，尤其是缺水的边远地区，有其特殊的现实需求，体现出其它传统光热发电系统所无法比拟的实用价值。但是，“斯特林发电机+碟式反射镜”的组合有其致命的缺陷，即很难结合进高效的储能装置。

虽然碟式系统的聚光比非常高，但是，塔式系统的集热方式完全可以替代碟式系统。

发明内容

(一)解决的技术问题

要解决现有斯特林太阳能光热发电系统的储能问题，必须打破“斯特林发电机+碟式反射镜”的传统模式，需要创新出储能和集热一体化的装置，再配以聚光比高的塔式集热系统和斯特林发电机，组成一套全新的“斯特林发电机+塔式储能集热系统”。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：一种小型塔式斯特林储能光热发电系统，包括储能集热器、定日镜、斯特林发电机、塔架，其特征在于，所述的储能集热器包括耐压换热腔体、热管、集热头、蓄能材料、隔热层、活动保温盖；所述的耐压换热腔体上设置有流体出口和流体进口，所述的热管包括吸热段和散热段，所述的热管的散热段处在所述的耐压换热腔体内，其吸热段则伸出耐压换热腔体的底部且被所述的蓄能材料紧密包裹住，且和所述的集热头直接或间接地形成紧密接触，除储能集热器上的集热头、流体出口及流体进口外的所有外表面上均设置有隔热层，所述的活动保温盖和集热头适配；所述的储能集热器安装在所述的塔架的顶端上，所有的定日镜均聚焦到储能集热器的集热头上，所述的流体出口则和斯特林发电机其中的发动机热腔连接，流体进口则和斯特林发电机其中的发动机回热器腔连接，并构成一个斯特林发电系统；所述的耐压换热腔体内的所加热的传热工质为氢或氦。通常，耐压换热腔体是一种由热管提供热源的一种换热器，其内部换热结构可以有多种类似于传统的各种换热器结构，比如管式换热器、螺旋形板式换热器等等，本技术发明在接下来的描述中，只列举了一种单螺旋形流道板式换热器的结构来展开描述本技术的核心，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些描述，设计出不同类型结构的耐压换热腔体，并不代表就越过本技术的权限；本设计中的热管，是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，配方及热管制造方法见专利号(01120356.0)。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。通常，在集热头的透光窗处，还设置有一耐高温的透明玻璃片，以防热量的散失和保护集热头不受灰尘的污染。而斯特林发电机的技术已开始在中国批量生产，而现有的斯特林发电机的功率在25KW/台，主要应用到碟式太阳能发电系统中，其制造难度主要集中在集热头上，而应用到本技术的斯特林发电机，其发动机部分的集热头直接去除，省去这道繁琐的制造工艺，直接将去除集热头后的斯特林发动机的热腔和回热器腔直接和本技术的流体出口和流体进口连通，直接构成一个斯特林发电系统。由于现有的斯特林发电机单台功率较小，可以用多台该型号的斯特林发电机配套一台储能集热器，那么，相应的定日镜数量和塔架的高度都相应的调整，这样就变成一个小型化的塔式太阳能斯特林发电机系统，形成一套结构简单、安装便利、建造灵活、建造周期短的新型塔式太阳能斯特林发电系统，该系统具有可靠性好、功率灵活、效率高、对环境友好等特点。如果想扩大发电规模，就按之前的方案重复建造就行。另一方面，如果把斯特林发电机换成布雷顿循环发动机，比如“超临界二氧化碳发电机组”，就可以很方便地构成一个布雷顿发电系统，