[实用新型]热源互补型斯特林发动机热电联供系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种热源互补型斯特林发动机热电联供系统，特别涉及一种太阳能——辅助热源互补驱动的斯特林发动机热电联供系统。

背景技术

太阳能作为地球上储量最丰富的可再生清洁能源，在目前全球能源危机的背景下，开发太阳能等可再生能源代替传统化石能源已成为人类发展的必然趋势。但由于太阳能能量密度低、稳定性差，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响，导致其电力供应非常不稳定。一旦这种可再生能源大规模开发并并网，不稳定的电力供应对国内大电网的安全稳定运行是极大的威胁和负担。可再生能源并网发电难题长期限制着太阳能发电技术的应用和推广。据国家能源局统计数据，2011年我国光伏装机为300万千瓦，而并网装机容量为214万千瓦，并网率仅为71%；而在这些可并网运行的太阳能电站中，年平均可利用小时数仅为1500小时（62.5天）,仅为火电的1/4。在实际运行过程中，由于太阳能电站电力供应不稳定导致电网“弃光”现象时常发生。

太阳能发电并网技术在我国仍是一项不成熟的技术。国家能源局2011年12月公布了中国可再生能源发展的“十二五”规划目标，到2015年，中国太阳能发电将达到1500万千瓦，年发电量200亿千瓦时。如此大的太阳能并网规模对国内大电网的安全运行和调度是极大的威胁和负担，要使太阳能发电技术能够得到广泛利用，真正做到充分利用新能源，其并网技术的研究与发展就显得格外重要。

目前我国的并网太阳能发电系统大部分都采用太阳能光伏发电技术的。并网太阳能发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。光伏发电是即时型的，光电转化在极短时间内完成，这使得光伏发电的电力输出直接受光照变化影响，电力输出波动剧烈；而光热发电方式由于工质的热容以及蓄热系统的作用，其输出功率受光照变化的影响没有光伏直接，电力输出的品质较光伏好。

太阳能热发电技术是太阳能领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。目前已经实验成功的太阳能热发电系统主要有三种：槽式、塔式和碟式。其中碟式太阳能热发电方式具有聚光比高，能效高，机构紧凑，安装方便，可分布式应用，也可大规模集中发电的特点，已经越来越受到公众关注。

碟式太阳能热发电系统的核心——斯特林发动机，是一种外部供热（或燃烧）的活塞式发动机，它以气体做工质，按闭式回热循环的方式进行工作。斯特林发动机主要由外部供热（或燃烧）系统、工作循环系统（热能-机械能转换系统）、传统系统（机械能输出系统）、辅助系统以及监控系统等组成。其工作原理基于斯特林循环，整个工作过程包含等温压缩；等体吸热；等温膨胀；等容冷却4个过程。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前国内太阳能发电系统电力输出波动较大，大型太阳能电站并网困难的问题，提供一种热源互补型斯特林发动机热电联供系统。

热源互补型斯特林发动机热电联供系统包括热水箱、碟式二次反射镜、混合热源加热器、斯特林发动机、水泵、冷水箱、发电机、数据采集及检测器、辅助热源控制器、电控阀和燃料补充装置；碟式二次反射镜将太阳光聚焦到混合热源加热器，混合热源加热器与斯特林发动机的热端相连，斯特林发动机的输出端与发电机相连，冷水箱、水泵、斯特林发动机的冷却器一路、混合热源加热器中的烟气侧换热器与热水箱顺次相连，斯特林发动机冷却器另一路直接与热水箱相连，燃料补充装置、电控阀与混合热源加热器顺次相连，斯特林发动机的输出端、数据采集及检测器、辅助热源控制器、电控阀顺次相连。

所述的混合热源加热器包括太阳能接收窗口、尾部烟道、烟气侧换热器、加热腔、辅助热源入口及空气入口；烟气侧换热器安置在尾部烟道出口处，尾部烟道安装在加热腔排气出口处，加热腔侧面开口，用于安装太阳能接收窗口，空气入口和辅助热源入口安装在加热腔下部，辅助热源入口可通入多种形式的辅助热源；混合热源加热器模型的尾部烟道为方形，并90°折弯，烟气侧换热器为管式换热器，加热腔底部开有三排小孔，前侧面开有直径为50～60mm窗口，并安置石英玻璃。

所述的数据采集及检测器为红外线转速传感检测器和BH175FVI光强传感器。所述的辅助热源控制器是ATmega128单片机。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）、相对与传统的太阳能光伏发电系统以及光热发电系统电力输出波动较大的缺陷，本设计通过加设辅助热源，并设计混合热源加热器以及相应的辅助热源控制系统，实现了太阳能和其他多种热源互补驱动斯特林发动机发电，提高了系统输出电力的稳定性和持续性，有利于太阳能热发电的并网；