[发明专利]焦点固定的槽碟结合太阳能热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热发电技术，尤其涉及一种焦点固定的槽碟结合太阳能热发电系统。

背景技术

根据聚焦镜与聚焦点的位置及能量转换方式的不同，目前能够实现规模化发电的太阳能热发电技术可分为槽式、碟式和塔式系统三种。

1、槽式太阳能热发电系统

槽式太阳能热发电系统的全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统。槽式抛物面反射镜对太阳进行一维跟踪，其聚光比在40至80之间，集热温度一般不超过400℃，其集热焦线固定，因而容易构建实现规模化的发电系统。该发电系统的工作原理是：采用只向一个方向弯曲的抛物面槽形镜面集热器将太阳光聚焦到位于焦线的中心集热管上，将管内的传热介质加热到390℃左右，再将被加热的传热介质经热交换器产生370℃左右的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机中做功，带动发电机发电，此为双回路的槽式太阳能发电系统。也有直接采用水在集热管的吸热介质的DSG(直接产生蒸汽)系统，与双回路系统相比，DSG系统省去了中间换热环节，提高了系统的转换效率，并减少了投资，但DSG系统也存在集热管会由于压力问题发生变形并会引起永久性变形或者会造成玻璃管破裂问题，故应用较少。

槽式太阳能发电是目前最成熟、成本最低的太阳能热发电技术，在美国和欧洲均有多家商业化运行的槽式电站。目前的主要问题是当系统集热温度高于400℃后，峰值集热效率急剧下降。由于其几何聚光比低及集热温度不高等条件的制约，使得抛物槽式太阳能热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35％左右，光电转换效率通常低于16％。因此，单纯的抛物槽式太阳能热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大。

2、碟式太阳能热发电系统

碟式太阳能热发电系统是利用双轴自动跟踪太阳光的旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在焦点上，放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，接收器后部可安装小型发电机。太阳光被聚焦至太阳能接收器上，加热其中流体至800℃左右，推动小型电机发电。此外，还可将多个碟组成一个大系统，受热流体通过管网被集中在一起，推动常规汽轮发电机组发电。

由于聚焦方式不同，碟式太阳能热发电的聚焦比可以达到3000，从而运行温度达到900～1200℃。在三种太阳能热发电方式中，蝶式太阳能热发电可以达到最高的热机效率，光电转换效率可高达29％。

目前已有多台碟式太阳能示范电站及试验电站投入运行，其类型主要是小型发电机系统。虽然碟式系统具有较高的发电效率，但由于投资成本较高，其推广应用受到极大的限制。特别是现有的碟式发电系统一般配置焦点移动的双轴自动跟踪太阳光的旋转抛物面反射镜，因而很难向规模化发电方向发展。

2008年，印度可再生能源部的一个示范工程成功地构建了一种焦点固定的碟式太阳能利用系统，用于生产650℃的蒸汽供给厨房使用，每天的蒸汽供应能力达到3500kg～4000kg。与常规抛物面碟相比，该碟式集热系统采用焦点固定的双碟系统，因而无转动部件，反射镜与接收器采用不同的支撑系统，因而容易实现大型化的能量利用；反射镜只需进行单轴旋转。该碟式厨房系统为碟式太阳能发电的大型化奠定了良好的基础。

3、塔式太阳能热发电系统

塔式系统又称为集中型系统，其聚光装置由许多安装在场地上的大型反射镜组成，这些反射镜通常称为定日镜。每台定日镜都配有太阳跟踪机构，对太阳进行双轴跟踪，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的吸热器。塔式太阳能热发电系统的工作原理是：经定日镜反射的太阳能聚集到塔顶的吸热器上，传热工质在吸热器中吸热太阳能后，被送入蒸汽产生装置，所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，完成电能输出。塔式系统的聚光比通常在200～1000之间，系统最高运行温度可达到1500℃。

目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是当定日镜场的集热功率增大时，即单塔的太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦点固定的槽碟结合太阳能热发电系统，以克服单独槽式发电系统集热温度不高、发电效率低及单独碟式发电系统投资高、不易大型化的缺陷，充分发挥槽式发电系统投资成本低及碟式系统的发电效率高的优势，实现传热介质的梯级加热，降低发电系统的投资和占地面积。碟式系统采用焦点(接收器)固定的单碟或双碟系统，便于实现大流量高温流体的加热和保温，为规模化发电创造条件。

本发明的目的是这样实现的：

将投资成本最低的槽式太阳能场与发电效率最高的碟式太阳能场串联连接，实现对传热介质的梯级加热，使槽式发电与碟式发电优势互补。