[发明专利]一种光气互补太阳能斯特林发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光气互补太阳能斯特林热发电系统，在分布式能源领域具有重要的应用意义。

背景技术

在2011年发布的《BP 2030世界能源展望》中提出了关于世界能源的前瞻性陈述：至2030年，三种化石燃料的市场份额将趋同至26-27%；未来20年，所有非化石燃料对能源消费增长的总贡献率（36%）将首次超过任何其他化石燃料；可再生能源占能源消费增长的18%，其在全球能源市场的普及速度将类似于20世纪70年代和80年代核电的出现。

自从20世纪70年代产生能源危机以来，全球环境污染日趋严重，加上各个领域新型技术的迅猛发展，掀起了太阳能利用的新高潮。在可再生能源中，太阳能具有取之不尽、用之不竭、绿色环保的优越性。鉴于太阳能的以上优点，合理而有效地开发利用太阳能有着重大的意义。同时，斯特林发动机作为一种外燃式密闭往复循环活塞式发动机，高效是一个显著的优点，外燃式使得对外部热源的形式要求很低，既可以合理设计外部燃烧器，使其燃烧后产生的有害物质排放量降到最低；也可以使用诸如沼气之类的可再生能源。于是，基于逐步成熟的斯特林发动机技术和高效环保等特点，碟式斯特林发电系统成为太阳能光热发电领域的研究热点。近20年来，它在西方发达国家得到了迅速发展，单元系统的容量从2kW发展到50kW。在光热发电领域，碟式系统由于其具有较高的光学效率、较低的跟踪误差，并采用了高效率的斯特林机而具有最高的发电效率，目前已经实现的效率超过了30%。

然而，太阳能光热发电存在一个现实的问题——连续稳定性，太阳能作为一次能源输入，不能满足一天24小时的连续供应。连续性问题可以通过两种方法来解决，一是储能方法，二是混合能源（光气互补）方法。相比尚未成熟的蓄能技术而言，以具有燃料选择多样性的斯特林热机为能源转换基础的光气互补混合能源技术则在目前的技术水平上更可行。鉴于目前世界能源结构的变化以及协调人类未来的发展与能源危机之间的矛盾，发展光气互补碟式斯特林发电系统是具有重大意义的。

发明内容

本发明提出了一种光气互补太阳能斯特林热发电系统以光（太阳能）与气（天然气、沼气、其他低热值气体）互补的斯特林发电系统为研究对象，以能源综合利用为设计原则，既保留目前太阳能斯特林发动机高效热电转换之优点，又充分考虑了可再生能源与化石能源的互补利用。

本发明一种光气互补太阳能斯特林发电系统，包括风机、回热器、聚光集热系统、燃烧室、斯特林发动机以及控制阀、旁路阀、燃气调节阀。

其中，风机与回热器的冷侧通过管路相连，通过驱动风机将新鲜空气引入回热器中进行预热。回热器通过管路依次连接聚光集热系统与燃烧室，燃烧室通过管路与斯特林发动机的热端相连。上述预热后的空气的供给通过控制阀、旁路阀进行控制。控制阀安装在聚光集热系统进气端管路上，旁路阀通过管路与聚光集热系统并联，形成预热空气供给旁路；而燃气调节阀用来控制高温燃气的进气量，安装在燃烧室进气管路上。斯特林发动机的热端出口通过管路连接回热器的热侧，使斯特林发动机热端出口的高温排气在回热器与其冷侧进入的新鲜空气进行热交换。

由此通过上述结构，当太阳能充足的情况下，控制阀打开，旁路阀以及燃气调节阀均关闭；聚光集热系统对太阳能进行聚集，且通过对流的方式接收太阳能提供的热量，最终实现预热空气的加热，加热后的空气随管路通过燃烧室进入到斯特林发动机进行热量交换；当不存在太阳辐射或太阳辐射过弱的情况下，控制阀关闭，旁路阀以及燃气调节阀均打开；燃烧室通过进气管引入燃气进行燃烧，通过高温燃气实现预热空气的加热，加热后的空气随管路进入到斯特林发动机进行热量交换；当太阳能较充足但聚光集热系统对预热空气的加热仍不能满足额定的斯特林发动机热端要求时，则控制阀及燃气调节阀均打开，旁路阀关闭，同时启动聚光集热系统与燃烧室，依次对预热空气加热，加热后的空气随管路进入到斯特林发动机进行热量交换。

本发明的优点在于：

1、本发明光气互补太阳能斯特林发电系统，可实现了光（太阳能）——气（天然气、沼气以及其他低热值气体）互补的连续性发电，使其较单一的太阳能或风能等新能源发电更有利于系统实现并网运行，从而减少对电网的冲击，在分布式能源利用中具有应用前景；

2、本发明光气互补太阳能斯特林发电系统，采用碟式聚光集热系统与斯特林发动机，使得系统不仅可以利用多种外热源——尤其是各种有利于减少环境污染的低热值热源，而且系统的整机发电效率也得以提高，是一种较高效清洁的发电系统；