[发明专利]一种带蓄热的太阳能直接蒸汽发电系统

说明书

本发明公开了一种带蓄热的太阳能直接蒸汽发电系统，包括集热子系统、蓄热子系统及发电子系统。白天有辐照条件下，高温高压饱和蒸汽进入套管式线聚焦太阳能集热器内管侧，低温熔盐进入套管侧。聚焦太阳能首先加热熔盐，熔盐升温后再加热蒸汽至过热状态。部分过热蒸汽进入高压储罐将热量储存，其余过热蒸汽进入发电子系统发电。同时，熔盐进入高温熔盐罐进行热量储存。夜晚无辐照条件下，高温熔盐罐内熔盐经过热器放热后进入低温熔盐罐，高压饱和蒸汽由高压储罐流出经过热器加热成为过热蒸汽进入发电子系统发电。本发明将水/蒸汽既作为工质又作为主要蓄热介质，配合少量熔盐作为辅助蓄热介质，实现了太阳能直接蒸汽发电技术的全天候发电。

技术领域

本发明属于太阳能直接蒸汽发电技术领域，具体涉及一种带蓄热的太阳能直接蒸汽发电系统。

背景技术

太阳能热发电是太阳能热利用的主要形式之一，其中又以抛物槽式热发电技术商业化程度最高，应用最广泛。目前，槽式太阳能热发电系统中的集热子系统普遍以导热油为传热介质，通过热交换产生蒸汽进而推动汽轮机发电。由于导热油的分解温度限制了蒸汽参数的提高，导致汽轮机发电效率无法进一步提升。另一方面，导热油价格昂贵，对环境存在潜在污染，且易燃、有毒。鉴于以上不足，采用太阳能直接加热工质水产生蒸汽进行发电的新技术，即太阳能直接蒸汽发电技术，迅速发展起来。

太阳能直接蒸汽发电技术以工质水/蒸汽代替了传热介质导热油，使得系统简化、成本降低、环境压力减小、安全性提高的优点得以体现。由于太阳辐照的日间周期性规律，为保证发电子系统昼夜连续运行则必须配备相应的蓄热系统。然而，水/蒸汽工质在整个集热回路中发生从过冷水、饱和水、饱和水/蒸汽、饱和蒸汽及过热蒸汽的连续状态变化，采用间接蓄热介质和装置不易进行温度匹配，采用多级蓄热又会出现在含有蒸汽的换热段换热效率底下的问题。另一方面，在过热蒸汽段，由于聚焦太阳能对集热器吸收管周向加热不均匀，并且管内气固换热系数低，极易造成吸收管壁周向温度分布不均，产生周向热应力分布不均，导致吸收管发生变形甚至断裂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种带蓄热的太阳能直接蒸汽发电系统，以解决太阳能直接蒸汽发电技术中的高效低成本蓄热问题以及吸收管周向热应力分布不均问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种带蓄热的太阳能直接蒸汽发电系统，该太阳能直接蒸汽发电系统包括集热子系统，蓄热子系统和发电子系统，其中：集热子系统，用于收集太阳能热量，并将收集的太阳能热量一部分供给发电子系统进行发电，一部分输送到蓄热子系统中储存；蓄热子系统，用于储存集热子系统收集的太阳能热量，并在无辐照条件下供给发电子系统进行发电；发电子系统，用于将集热子系统或蓄热子系统提供的热量转化为电能。

上述方案中，所述集热子系统包括单管式线聚焦太阳能集热器1、套管式线聚焦太阳能集热器2、汽-水分离器3、再循环泵4和加压循环泵5，其中：加压循环泵5用于将工质水加压循环进入单管式线聚焦太阳能集热器1；单管式线聚焦太阳能集热器1作为集热子系统的预热段与蒸发段，用于加热工质水产生高温高压饱和水/蒸汽混合物；汽-水分离器3用于分离单管式线聚焦太阳能集热器1产生的高温高压饱和水/蒸汽混合物，得到饱和水和饱和蒸汽；再循环泵4用于将分离后的饱和水经再循环重新进入单管式线聚焦太阳能集热器1，并将分离后的饱和蒸汽进入套管式线聚焦太阳能集热器2的内管侧；套管式线聚焦太阳能集热器2作为集热子系统的过热段，用于加热饱和蒸汽至过热状态。

上述方案中，所述套管式线聚焦太阳能集热器2的吸收管为套管结构，包括玻璃管16、真空层17、选择吸收性涂层18、金属套管19及金属内管20；正常工作时，内管侧为蒸汽，套管侧为熔盐，利用聚焦太阳能先后加热熔盐与蒸汽，借助熔盐的流动性改善线聚焦太阳能对蒸汽加热的周向均匀性，缓解周向温差带来的热应力问题，提升系统的安全性与稳定性。