[发明专利]基于气体强化传热的全天候太阳能发电方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热电技术，特别是指一种基于气体强化传热的全天候太阳能发电方法和系统。

背景技术

太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电(Concentrating Solar Power，简称CSP)，是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，由蒸汽驱动汽轮机发电。

当前，太阳能热发电按照太阳能采集方式主要划分为：太阳能槽式发电、太阳能塔式热发电、太阳能碟式热发电。1)槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内的工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。2)塔式系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。3)碟式系统利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处加热吸热工质，驱动热机，实现光电转化。

太阳能热发电的传热介质，一般采用熔盐、导热油或空气。其中，熔盐通常是由诸如硝酸钾、硝酸钠和氯化钠的混合物构成，其特点在于价格低廉，热传导性能良好，可以在常压下储存在大型容器里同时作为储能介质进行储热。然而，由于熔盐具有相对高的凝固点(120～240℃)，所流经的管路在系统启动时需要进行预热，从而造成了额外的能量消耗；此外，熔盐材料对管材的耐腐蚀性要求高，从而会增加管材的使用成本。采用导热油作为传热介质时，导热油吸收太阳热能后输送到后续系统中进行利用；进行储热时，导热油同时作为储热介质储存到一个或多个导热油罐中，当需要进行放热时，将导热油罐中的高温导热油直接输送到后续系统进行利用。然而，目前的导热油工作温度必须控制在400摄氏度左右，超出这一温度将会导致导热油裂解、粘度提高以及传热效率降低等问题，从而限制了太阳能热发电装置的工作温度及发电效率。采用热空气作为传热介质的方案具体是，低压空气首先在太阳能吸收器中被加热，然后送往热量回收蒸汽生产系统(Heat Recovery Steam Generating，简称HRSG)中加热水产生蒸汽，随后蒸汽被送往汽轮机中做功，带动发电机发电。然而，这种方案的缺点在于，低压空气热容比较小，对流换热系数低，因此导致管道内空气携带热量的能力差，空气的流速过高，整体管道压损比较大。

由于受到昼夜、季节、天气等因素的影响，太阳能集热场采集的热能是既间断又不稳定的。为了保证太阳能热发电的稳定性和持续性，可在发电系统中加入化石燃料发电机，当太阳光不稳定的时候，由化石燃料发电机补充发电。也有采用与太阳能集热场并联的蓄热系统，在太阳辐射能量充足时储存热量，在太阳辐射能量不足时释放热量进行发电。现有的蓄热系统一般采用熔盐、导热油等传热介质在储罐内储存的方式进行储热；由于气体传热介质的热容低，储热能力差，因此这种方式不适用于气体传热介质。

为了集中热能，提高发电效率，通常接收太阳光的采光板/集热器采用模块化布局，彼此间通过复杂的管路相连，在系统中各组太阳能集热器受热不均时，会带来传热介质在管路系统中的阻力失衡，导致偏流、断流的问题。由于气体工质传热能力较差、流速过高，集热管道过长等原因，上述问题在采用空气作为传热介质的槽式太阳能集热场中尤为突出，严重影响了集热系统的传热效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传热效率高、能够实现全天候发电的基于气体强化传热的全天候太阳能发电方法和系统。

为实现上述目的，本发明所提供的基于气体强化传热的全天候太阳能发电方法，应用于包括太阳能集热场、储热放热系统和热机强化运行系统的太阳能发电系统中，包括如下步骤：1)太阳能集热场吸收太阳能并加热低温传热介质，所得高温传热介质输送到热机强化运行系统中进行发电和/或输送到储热放热系统中与储能介质换热进行储热；2)将所述太阳能集热场输出的高温传热介质与经由储热放热系统换热升温得到的高温传热介质同时输送到热机强化运行系统进行发电，或者单独将储热放热系统放热得到的高温传热介质输送到热机强化运行系统中进行发电；3)高温传热介质在热机强化运行系统中释放热能后得到的低温传热介质返回太阳能集热场再次进行集热和/或返回储热放热系统再次进行换热升温。