[发明专利]一种塔式太阳能热发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔式太阳能热发电装置，具体属太阳能热利用技术领域。

背景技术

随着可再生能源利用在全世界的蓬勃发展，太阳能聚热发电(CSP)与光伏太阳能发电(PV)得到了较快的发展。太阳能聚热发电(CSP)相比光伏太阳能发电具有规模大、集中度高、效率高等突出特点，但是面临的共同问题是如何降低投资成本以及如何提高发电效率进而降低发电成本，尤其是降低投资成本和提高发电效率就成为两种太阳能发电技术竞争的焦点。

太阳能塔式热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或气轮发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。由许多定日镜组成的庞大的定日镜场，其面积非常大，聚光比很高，运行温度可达到1000～1500℃。用以吸收太阳热能的热流体通常有水、熔盐、空气等。

欧洲和以色列对采用空气作为吸热介质的塔式太阳能发电系统的换热技术及蓄热技术的研究较为关注，并开展了一些著名的研究项目，如德国于2009年投运的Jülich电站，是一个试验验证电站，也是世界上第一个采用空气作为传热介质的塔式太阳能发电系统。

中国与以色列合作研发建成国内首座70kw塔式太阳能热发电示范工程，于2005年10月在南京江宁开发区成功并网发电，这是采用布雷顿循环原理建立的中国第一个塔式太阳能热发电站。该电站通过太阳能空腔式接收器以空气作传热工质，辅之以天然气和小型燃气轮机率先实现了利用太阳能和布雷顿循环技术结合的热发电装置，其塔式系统的塔高为33米，采用32台有效反射面积为19.6㎡的定日镜，接收器的出口工作温度为900℃，进口压力为0.4MPa，测试峰值转换效率为85％，燃气轮机热电效率为28.5％。但由于腔式太阳能接收器入口太小，进气温度难于和燃气配套致使实验效果不太理想。但解决匹配性问题后，显然将成为极有应用前景的塔式太阳能热发电系统。

值得关注的是以空气作为吸热介质的塔式太阳能发电系统，该系统采用空气作为热载体。在这种方案中，聚焦的光线被投射到一种透气材料(例如一种金属丝编织物)，空气从这种被加热的材料中通过，由于空气和这种集热材料的接触面很大，故传热很快，效率很高，而且可以把空气加热到1000℃以上的高温。

上述系统采用了布列顿热发电技术，其最突出的优点是系统热电转换效率高，主要采用空气、空气和水蒸气为动力工质，由太阳能提供高温热能运行。但其尾部均配套余热锅炉回收蒸汽用于朗肯循环发电，系统较为复杂。

因此如何解决上述现有技术存在的问题，充分发挥塔式太阳能聚光比高、温度高的优势，克服太阳能热发电技术中采用蒸汽朗肯循环的缺点，建立效率更高、新式的太阳能热发电循环方式，成为该领域研究的难点。

发明内容

本发明是为解决现有技术存在的问题，提供一种塔式太阳能热发电装置，采用顶循环跟底循环均为布列顿循环的联合循环发电系统：顶循环采用空气作为太阳能聚热装置的吸热介质，拖动燃气轮机发电；底循环采用空气作为循环工质，回收顶循环高温燃气轮机排出气体的余热后，再经太阳能聚热装置升温后，用于底循环发电，在使太阳能热利用合理的同时，简化了流程，从而达到经济高效的目的。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种塔式太阳能热发电装置，该装置采用顶循环跟底循环均为布列顿循环的联合循环发电系统，其特征在于：

所述的顶循环是指空气20经顶循环压气机21增压后，形成压缩空气22，送入太阳能聚热装置的腔体式接收器23吸收热量，产生的高温空气24驱动高温燃气轮机25拖动顶循环发电机26发电，从而将太阳能转换为电能，高温燃气轮机25排出的空气，经回热器27降温后排入大气，从而形成顶部布列顿循环回路；

所述的底循环是指空气30经底循环压气机31增压后，产生底循环压缩空气32，通过回热器27回收高温燃气轮机25的排气热量，产生的热空气33送入太阳能聚热装置的腔体式接收器34升温后，形成底循环高温空气35，再送入底循环燃气轮机36拖动底循环发电机38发电，底循环高温空气35经底循环燃气轮机36降压降温后排出，从而形成底部布列顿循环回路；

所述的顶循环和底循环通过回热器27组成复叠式塔式太阳能热发电系统。

所述的塔式太阳能热发电装置设有必要的蓄热子系统，用于保证系统的稳定运行。

设有空气滤清器：所述的空气经空气滤清器过滤后送入顶循环压气机21、底循环压气机31；