太阳城集团

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塔式太阳能光热发电系统.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410856597.X

申请日:

2014.12.31

公开号:

CN105317637A

公开日:

2016.02.10

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):F03G 6/06申请日:20141231|||公开
IPC分类号: F03G6/06 主分类号: F03G6/06
申请人: 深圳市爱能森科技有限公司
发明人: 曾智勇; 崔小敏; 黄贝
地址: 518057广东省深圳市南山区高新南一道009号中国科技开发院孵化大楼8楼
优先权:
专利代理机构: 深圳市顺天达专利商标代理有限公司44217 代理人: 高占元; 鲁华
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201410856597.X

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2016.03.09|||2016.02.10

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及塔式太阳能光热发电系统,包括:用于收集太阳热能的太阳能集热装置,与太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器,和与换热器连接、用于将过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置;太阳能集热装置包括多个塔式光热模块;热动力转换装置至少包括一个发电机组,至少有两个所述塔式光热模块共用一个发电机组。本发明通过采用具有模块化太阳能集热装置的太阳能发电系统,可以简化电站建设流程,减少建设工期,而且当其中一个单塔出现问题时,不会影响到其他塔式光热模块的工作状态,保证了整个发电系统供电的持续性和稳定性。

权利要求书

1.一种塔式太阳能光热发电系统,包括:用于收集太阳热能的太阳能集
热装置,与所述太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器,和与
所述换热器连接、用于将所述过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置;其
特征在于,所述太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热模块;
所述热动力转换装置至少包括一个发电机组,至少有两个所述塔式光热模块共
用一个所述发电机组。
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,所述
热动力转换装置只包括一个所述发电机组。
3.根据权利要求2所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,多个
所述塔式光热模块中包括带集中式储热的A类塔式光热模块,所述A类塔式光
热模块全部串联连接,再与所述发电机组连接;
或者,多个所述塔式光热模块中包括带分布式储热的B类塔式光热模块,
所述B类塔式光热模块全部串联连接,再与所述发电机组连接;
或者,多个所述塔式光热模块中同时包括带集中式储热的A类塔式光热模
块和带分布式储热的B类塔式光热模块;
其中,所述A类塔式光热模块全部串联连接后再与所述发电机组连接,所
述B类塔式光热模块全部串联连接后再与所述发电机组连接。
4.根据权利要求1所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,所述
热动力转换装置包括多个发电机组。
5.根据权利要求1所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,单个
所述塔式光热模块发电功率为15-25MW,四个所述塔式光热模块共用一个50MW
的所述发电机组。
6.根据权利要求5所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,所述
热动力转换装置包括两个所述发电机组,两个所述发电机组并联连接。
7.根据权利要求6所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,多个
所述塔式光热模块同时包括带集中式储热的A类塔式光热模块和带分布式储
热的B类塔式光热模块;
全部的所述A类塔式光热模块共连接至一个所述发电机组,全部的所述B
类塔式光热模块共连接至另一个所述发电机组。
8.根据权利要求3或7所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,
所述A类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第一定日镜和设置有第一集热器
的第一光热塔;
多个所述A类塔式光热模块共同通过一个用于储存所述第一集热器中被
加热热工质热能的集中式储热单元与所述换热器连接。
9.根据权利要求3或7所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,
所述B类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第二定日镜,以及包括设置有第二
集热器的第二光热塔,还包括与所述第二光热塔连接、用于存储所述第二集热
器中被加热热工质热能的分布式储热单元。
10.根据权利要求9所述的塔式太阳能光热发电系统,其特征在于,所述
换热器包括多个子换热器,每个所述B类塔式光热模块包含一个所述子换热
器;
每个所述B类塔式光热模块的所述子换热器共同通过一个用于存储过饱
和热蒸汽的高温蒸汽储热装置与所述发电机组连接。

说明书

塔式太阳能光热发电系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域,更具体地说,涉及一种塔式太阳能光热发电系
统。

背景技术

塔式太阳能光热发电系统具有宽泛的温场与能场匹配设定、聚光比大、聚
焦温度高、能流密度大、热工转换效率高、应用范围广等等优长特点,可进行
大规模:光热发电、水制氢、海水淡化、金属冶炼等众多太阳能用途开发。因
此,塔式太阳能光热发电系统是一种极具价值潜力的太阳能多元化利用平台。

曾先后有许多发达国家,开展过塔式太阳能发电技术研究。然而至今该项
技术的发展仍受到诸多阻困,其原因主要有两点:一是定日镜跟踪成本过高,
这是由于远距离跟踪的精度要求极高,必须达到齿轮无间隙传动,由此所引起
的苛刻制作是推高跟踪成本的原因;二是发电规模太小,发电扩容受到极大限
制,由于塔式发电规模取决于定日镜场规模,光热发电规模越大,成本下降空
间越大,但是当定日镜场规模扩大到一定程度之后,其整体效率呈现锐减下降
趋势。因此,目前的塔式太阳能发电系统发电成本居高不下,离市场化要求仍
有较大的距离。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种可持
续、稳定、高效发电的塔式太阳能光热发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

构造一种塔式太阳能光热发电系统,包括:用于收集太阳热能的太阳能集
热装置,与所述太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器,和与
所述换热器连接、用于将所述过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置;其
中,所述太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热模块;所述热
动力转换装置至少包括一个发电机组,至少有两个所述塔式光热模块共用一个
所述发电机组。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述热动力转换装置只包
括一个所述发电机组。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,多个所述塔式光热模块中
包括带集中式储热的A类塔式光热模块,所述A类塔式光热模块全部串联连接,
再与所述发电机组连接;

或者,多个所述塔式光热模块中包括带分布式储热的B类塔式光热模块,
所述B类塔式光热模块全部串联连接,再与所述发电机组连接;

或者,多个所述塔式光热模块中同时包括带集中式储热的A类塔式光热模
块和带分布式储热的B类塔式光热模块;

其中,所述A类塔式光热模块全部串联连接后再与所述发电机组连接,所
述B类塔式光热模块全部串联连接后再与所述发电机组连接。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述热动力转换装置包括
多个发电机组。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,单个所述塔式光热模块发
电功率为15-25MW,四个所述塔式光热模块共用一个50MW的所述发电机组。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述热动力转换装置包括
两个所述发电机组,两个所述发电机组并联连接。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,多个所述塔式光热模块同
时包括带集中式储热的A类塔式光热模块和带分布式储热的B类塔式光热模
块;

全部的所述A类塔式光热模块共连接至一个所述发电机组,全部的所述B
类塔式光热模块共连接至另一个所述发电机组。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述A类塔式光热模块包
括用于聚焦阳光的第一定日镜和设置有第一集热器的第一光热塔;

多个所述A类塔式光热模块共同通过一个用于储存所述第一集热器中被
加热热工质热能的集中式储热单元与所述换热器连接。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述B类塔式光热模块包
括用于聚焦阳光的第二定日镜,以及包括设置有第二集热器的第二光热塔,还
包括与所述第二光热塔连接、用于存储所述第二集热器中被加热热工质热能的
分布式储热单元。

本发明所述的塔式太阳能光热发电系统,其中,所述换热器包括多个子换
热器,每个所述B类塔式光热模块包含一个所述子换热器;

每个所述B类塔式光热模块的所述子换热器共同通过一个用于存储过饱
和热蒸汽的高温蒸汽储热装置与所述发电机组连接。

本发明的有益效果在于:采用一个发电机组可以减少建设成本,采用多个
发电机组可以缩短各单塔之间的输送管路,减少白天的散热以及夜晚的保温能
耗,大大提高发电效率,还能提高发电系统的稳定性;且本发明通过采用具有
模块化太阳能集热装置的太阳能发电系统,可以简化电站建设流程,减少建设
工期,更可以减少电站设计投资成本,还能提高镜场的效率,而且当其中一个
单塔出现问题时,不会影响到其他塔式光热模块的工作状态,保证了整个发电
系统供电的持续性和稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:

图1是本发明较佳实施例的包含A类塔式光热模块的塔式太阳能光热发电
系统原理示意图;

图2是本发明较佳实施例的包含B类塔式光热模块的塔式太阳能光热发电
系统原理示意图;

图3是本发明较佳实施例的单个B类塔式光热模块原理示意图;

图4是本发明较佳实施例的同时包含A类塔式光热模块和B类塔式光热模
块的塔式太阳能光热发电系统原理示意图;

图5是本发明较佳实施例的采用两个发电机组的塔式太阳能光热发电系
统原理示意图。

具体实施方式

本发明较佳实施例的塔式太阳能光热发电系统原理如图1和图2所示,包
括:用于收集太阳热能的太阳能集热装置,与太阳能集热装置连接、用于产生
过热饱和蒸汽的换热器,和与换热器连接、用于将过热饱和蒸汽转换成电能的
热动力转换装置24;太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热
模块11、12;热动力转换装置包括一个发电机组,至少有两个塔式光热模块
共用一个发电机组。通过采用具有模块化太阳能集热装置的太阳能光热发电系
统(以下简称模块化太阳能发电系统),当再建设大型光热电站时,只需将塔
式光热模块复制,可以简化建设流程,减少建设工期,更可以减少发电系统设
计投资成本。

同时,采用上述模块化太阳能发电系统,还可以增加整个发电系统的供电
稳定性。如果是单塔的光热电站,无论哪一部分出现问题,整个发电系统的稳
定性都会受到影响,当采用模块化太阳能光热发电系统后,单塔出现问题不会
影响到其他模块的工作状态,保证了整个发电系统供电的持续性和稳定性。另
外,采用上述模块化太阳能发电系统,还可以提高定日镜镜场的效率。如果是
大型的单塔光热发电系统,远端的镜场离塔顶的距离非常远,效率很低,当采
用模块化太阳能发电系统后,可以减小镜场离塔顶的距离,提高镜场的效率,
减小镜场面积和投资。

上述实施例中,模块化太阳能发电系统的热动力转换装置24的发电机组
优选为汽轮发电机组,具体型号不限。热动力转换装置可以只包括一个发电机
组,如图1所示,或者包括多个发电机组,如图5所示。

优选地,当热动力转换装置只包括一个发电机组,如图1所示,上述多个
塔式光热模块11、12中包括带集中式储热的A类塔式光热模块,A类塔式光
热模块全部串联连接,再与该唯一的发电机组连接。

优选地,当热动力转换装置只包括一个发电机组,如图1所示,上述多个
塔式光热模块11、12中包括带分布式储热的B类塔式光热模块,B类塔式光
热模块全部串联连接,再与该唯一的发电机组连接。

优选地,当热动力转换装置只包括一个发电机组,如图1所示,上述多个
塔式光热模块11、12中同时包括带集中式储热的A类塔式光热模块和带分布
式储热的B类塔式光热模块;其中,A类塔式光热模块全部串联连接再与该唯
一的发电机组连接,B类塔式光热模块全部串联连接再与该唯一的发电机组连
接。

当热动力转换装置包括多个发电机组时,发电机组数量可以根据具体情况
决定,发电机组与塔式光热模块之间的连接方式也可根据具体情况决定,在此
不作限制。

上述塔式光热模块11、12发电功率优选为15-25MW,由于塔式光热电站
占地面积较大,如果光热电站规模较大,需要多个塔才能实现设计要求,假如
采用一台发电机组,各单塔间形成的输送管路较长,这就增加了散热以及夜晚
的保温能耗,采用多个发电机组可以缩短各单塔之间的输送管路,减少白天的
散热以及夜晚的保温能耗,大大提高发电效率,还能提高发电系统的稳定性。

上述实施例中,优选地,以50MW为模块,共用一台发电机组,即四个塔
式光热模块11、12共用一台50MW的发电机组,其中两个塔式光热模块11、
12用于白天发电,另外两个塔式光热模块11、12用于储能。这样减少了管理
输送的散热能耗,也能提高系统的稳定性,保证单个系统出现故障时,整个电
站的运行不受影响。

优选地,上述热动力转换装置包括两个并联连接的发电机组,如图5所示。
多个塔式光热模块同时包括带集中式储热的A类塔式光热模块和带分布式储
热的B类塔式光热模块;全部的A类塔式光热模块共连接至一个发电机组,全
部的B类塔式光热模块共连接至另一个发电机组。

上述各实施例中,A类塔式光热模块11包括:用于聚焦阳光的第一定日
镜111和设置有第一集热器的第一光热塔112;多个A类塔式光热模块11共
同通过一个用于储存第一集热器中被加热热工质热能的集中式储热单元113
与换热器22连接。

请参阅图1,上述A类塔式光热模块11工作流程为:由第一定日镜111
反射阳光、聚焦阳光并加热第一光热塔112塔顶第一集热器中的热工质,所有
A类塔式光热模块11的第一集热器中被加热热工质热能储存于共同的集中式
储热单元113中,储存的热能通过换热器22产生过热饱和蒸汽,以推动热动
力转换装置24(发电机组)发电。

优选地,如图1所示,上述换热器22与A类塔式光热模块11的第一光热
塔之间还连接有低温蒸汽储热装置23,经换热器22换热后的热工质再被泵到
第一光热塔112塔顶加热,以进行循环利用。

上述实施例中,B类塔式光热模块12包括:用于聚焦阳光的第二定日镜
121、设置有第二集热器的第二光热塔122,和与第二光热塔122连接、用于
存储第二集热器中被加热热工质热能的分布式储热单元124。

即,上述A类塔式光热模块11是不单独带储热单元的光热模块,只是通
过采用一个集中式储热单元113实现集中式储热;B类塔式光热模块12是单
独带分布式储热单元124的光热模块。

优选地,上述实施例中,每个B类塔式光热模块12均连接一个子换热器
123,每个B类塔式光热模块12的子换热器123经一个共同的高温蒸汽储热装
置13连接至热动力转换装置24,以将各个子换热器123所产生的过饱和热蒸
汽储存后输送至热动力转换装置24进行发电。

如图2和图3所示,上述B类塔式光热模块12工作流程为:由第二定日
镜121反射阳光,聚焦阳光并加热第二光热塔122塔顶第二集热器中的热工质,
被加热的热工质,一部分通过分布式储热单元124储存热量,另一部分通过换
热器123产生过热饱和蒸汽,以推动热动力转换装置24发电。

优选地,如图3所示,上述实施例中,每个B类塔式光热模块12的子换
热器123与第二光热塔122之间均连接一个低温蒸汽储热装置125,经子换热
器123换热后的热工质再被泵到第二光热塔122塔顶加热,以进行循环利用。

上述实施例中,模块化太阳能发电系统高温蒸汽储热装置13包括一个储
热罐,或者由多个储热罐组成。

在一个具体的实施例1中,如图1所示,上述模块化太阳能发电系统的太
阳能集热装置全部由A类塔式光热模块11构成。其中,全部A类塔式光热模
块11产生的过热饱和蒸汽直接存储于模块化太阳能发电系统的高温蒸汽储热
装置中,以推动热动力转换装置24(汽轮发电机组)进行发电。虽然与B类
塔式光热模块12相比,全部采用A类塔式光热模块11对各个塔式光热模块所
产生的过热饱和蒸汽利用率会相对降低,但是可以节省整个模块化太阳能发电
系统的建设成本。

进一步地,在上述实施例1中,A类塔式光热模块11优选采用蒸汽或熔
盐作为集热器和集中式储热单元的热工质。当模块化太阳能发电系统中,所有
A类塔式光热模块11都采用蒸汽作为热工质时,A类塔式光热模块11之间全
部串联连接;当模块化太阳能发电系统中,所有A类塔式光热模块11都采用
熔盐作为热工质时,A类塔式光热模块11之间串联或并联连接;当模块化太
阳能发电系统中,部分A类塔式光热模块11采用熔盐作为热工质,部分A类
塔式光热模块11采用蒸汽作为热工质时,采用熔盐作为热工质的A类塔式光
热模块11串联连接,采用熔盐作为热工质的A类塔式光热模块11与采用蒸汽
作为热工质的A类塔式光热模块11之间并联连接。

在另一个具体的实施例2中,如图2所示,上述模块化太阳能发电系统的
太阳能集热装置全部由B类塔式光热模块12构成。其中,全部B类塔式光热
模块12产生的过热饱和蒸汽中的一部分先存储于分布式储热单元中,另一部
分存储于模块化太阳能发电系统的高温蒸汽储热装置中,以推动热动力转换装
置24(汽轮发电机组)进行发电。虽然与A类塔式光热模块11相比,全部采
用B类塔式光热模块12会增加整个模块化太阳能发电系统的建设成本,但由
于可以提高对各个塔式光热模块所产生的过热饱和蒸汽的利用率,从而能提高
整个模块化太阳能发电系统的发电效率。

进一步地,在上述实施例2中,B类塔式光热模块12优选采用熔盐作为
集热器和分布式储热单元的热工质。

在另一个具体的实施例3中,如图4所示,同时参阅图1、图2和图3,
上述模块化太阳能发电系统的太阳能集热装置同时包括A类塔式光热模块11
和B类塔式光热模块12。其中,单个A类塔式光热模块11和单个B类塔式光
热模块12的工作流程请参阅前面实施例的描述,在此不再赘述。

进一步地,在上述实施例3中,一部分A类塔式光热模块11采用熔盐作
为热工质,另一部分A类塔式光热模块11采用蒸汽作为热工质,所有B类塔
式光热模块12都采用熔盐作为热工质;采用熔盐作为热工质的A类塔式光热
模块11与采用蒸汽作为热工质的A类塔式光热模块11之间全部并联连接,B
类塔式光热模块12之间串联或并联连接,A类塔式光热模块11与B类塔式
光热模块12之间并联连接。

在另一优选实施例中,上述模块化太阳能发电系统包含20个塔式光热模
块,每个塔式光热模块的发电功率为10MW;其中包括10个A类塔式光热模块
11和10个B类塔式光热模块12,10个带储热的B类塔式光热模块12储热时
间为8小时,10个不带储热的A类塔式光热模块通过过热蒸汽发电,集中储
热太阳城集团为2小时。

上述各实施例中,单个塔式光热模块发电功率可以为5-100MW,优选为
10-25MW,以达到最优发电效果,但不限于采用其他功率的塔式光热模块。

综上,本发明采用一个发电机组可以减少建设成本,采用多个发电机组可
以缩短各单塔之间的输送管路,减少白天的散热以及夜晚的保温能耗,大大提
高发电效率,还能提高发电系统的稳定性;且通过采用具有模块化太阳能集热
装置的太阳能发电系统,可以简化建设流程,减少建设工期,更可以减少电站
设计投资成本,还能提高镜场的效率,而且当其中一个单塔出现问题时,不会
影响到其他塔式光热模块的工作状态,保证了整个发电系统供电的持续性和稳
定性。

应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进
或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

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塔式 太阳能 光热 发电 系统
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