[实用新型]一种带有蓄热的闭式氦气轮机塔式太阳能热发电系统

说明书

本实用新型提供一种带有蓄热的闭式氦气轮机塔式太阳能热发电系统，包括：塔式太阳能集热系统、蓄热系统和动力系统，所述塔式太阳能集热系统与所述蓄热系统及所述动力系统组成第一循环系统，所述蓄热系统与所述动力系统组成第二循环系统，所述塔式太阳能集热系统采用氦气作为吸热工质，所述动力系统采用氦气作为动力工质。本实用新型通过高温、高效、结构紧凑的闭式氦气轮机动力系统的应用，结合高效氦气吸热器设计、新型蓄热系统设计实现了塔式太阳能系统经济性的提高。

技术领域

本实用新型涉及一种塔式太阳能热发电系统装置，特别是涉及一种带有蓄热的闭式氦气轮机塔式太阳能热发电系统。

背景技术

太阳能资源丰富，但能流密度低，应运而生了聚光太阳能技术，聚光太阳发电系统耦合储能技术可克服太阳辐射呈间歇性的缺陷，实现连续发电并具备基本负荷特征，使其明显优于其他可再生能源技术，成为当前新能源和可再生能源开发与利用的最热门研究方向。“十三五”时期，我国太阳能发电产业规模有望得到大幅提升。根据国家能源局提供的规模发展指标，到2020年底，实现7％电力结构比重的太阳能装机规模，其中太阳能热发电总装机容量有望达到1000万千瓦，约占太阳能总装机容量的6％。

根据聚光方式的不同，聚光太阳能热发电技术(CSP)主要有槽式、塔式、碟式和菲涅尔式，前两者已进入商业化运行阶段，后两者处于示范和试验阶段。槽式发电技术最为成熟，商业化最为广泛，约占全球商业化运行太阳能热电站的85％。该技术只对太阳能辐射进行一维跟踪，聚光比低，运行温度基本在50-400℃，热效率较低；与塔式、碟式系统相比，抗风系统差。碟式系统聚光比高达数百到数千，也可使换热工质达到高温，且其系统可单独运行。但系统功率小，主要连接斯特林发电装置。菲涅尔系统聚光效率高，但工作效率低，目前处于示范工程阶段。塔式热发电系统通常利用大量定日镜将太阳辐射聚集在高塔顶端的集热接收器上，使热转换工质(蒸汽、熔盐、空气等)获得高温，并驱动动力系统发电或进入蓄热系统放热。定日镜采用双轴跟踪方式，聚光比可达150-2000倍，聚光效果高，工质温度最高可达1600℃，该特点使得目前一些高效先进的动力系统的应用成为可能，从而提高热功转换效率，同时适合大规模发电。但其定日镜需高精度跟踪系统，且吸热器需达到的温度更高，因而镜场及吸热器造价高，导致发电成本高。相比与其他系统，塔式太阳能发电技术最具发展潜能。当前美国、西班牙、印度、南非、墨西哥、澳大利亚、中国等多国均对塔式太阳能系统投入大量研究，包括概念设计、部件研究、示范工程等，以提高塔式太阳能发电效率，降低投资成本，使塔式太阳能发电技术可与当前传统发电型式发电成本相竞争。本实用新型涉及塔式太阳能新型换热工质，新型蓄热技术及新型动力系统，因而就这几项对塔式太阳能热发电系统现有技术进行说明。

1)吸热、传热工质：塔式太阳能吸热器传热工质多样化，可以为水/蒸汽、熔盐、常压空气、加压空气、超临界蒸汽以及其他气体。当前商业电站中主要采用水/蒸汽和熔盐，其他介质处于示范、部件研究或概念设计阶段。水/蒸汽是较成熟的吸热工质，冷凝水被送至塔顶的吸热器，依次被加热、蒸发甚至过热，该吸热器技术成熟，换热系数高，且输送不可压水至塔顶的水泵耗功少。饱和或过热蒸气可直接驱动成熟的汽轮机机组，或将热量存储于蓄热系统中。但由于高温蒸汽对应的压力高，当前蒸汽温度范围为400-500℃，压力范围为5-12MPa，若蒸汽参数向火电装置的超临界参数发展，对应的压力将超过20MPa。高压环境要求吸热器中管子厚度增加，管子应力也相应加大，会一定程度上降低吸收太阳辐射热的换热系数，限制了太阳的辐射通量。且吸热器中产生过热蒸汽存在不同区域换热系数差异控制的问题，相比较而言饱和蒸汽对吸热板寿命及吸热控制更有利，因而商业化机组中通常偏向饱和蒸汽。目前世界上采用水/水蒸气作为吸热工质的塔式发电站主要有意大利的EURELIOS，日本的SUNSHINE，美国的Solar One，西班牙的CESA-1，俄罗斯的SPP-5，以及中国的八达岭。