Patent CNB - 混合太阳热发电装置 - Google PatentsCN BGrantCN PCT/JPOct 10, 2012Dec 27, 2008Feb 22, 2008, , .1, CN
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(4) , 混合太阳热发电装置
提供一种太阳热发电装置，防止从在设置于支柱的接收器的附近配设的定日镜、和在远方配设的定日镜向1个接收器聚光，因此聚光效率降低、太阳热显著减少的情况。该太阳热发电装置的特征在于，具有：支柱(4)，其具备接收太阳光的接收器(1)；以及多个定日镜(6)，在该支柱(4)的周围同心圆状地配置，将太阳光朝向所述接收器(1)反射，所述支柱(4)在上下方向具备至少2台接收器(1a、1b)，上方的接收器(1a)对来自配设在远方的定日镜(6a)的反射光(L1)进行接收，下方的接收器(1b)对来自配设在附近的定日镜(6b)的反射光(L2)进行接收。
1. 一种太阳热发电装置，其特征在干，
具有：支柱，其具备接收太阳光的接收器；以及多个定日镜，在该支柱的周围配置，将太阳光朝向所述接收器反射，
在支柱的上部设置接收器，所述接收器对来自配设在所述支柱的远方的定日镜的反射光进行接收，在所述支柱的下部设置中央反射器，所述中央反射器对来自配设在所述支柱的附近的定日镜的反射光进行接收，
进而，在该中央反射器的下方，设置有对通过中央反射器反射的太阳光进行接收的接收器。
2. 一种太阳热发电装置，其特征在干，
将至少3根支柱组装成角锥状，设置从该支柱的上端侧向上方延长的柱体，将中央反射器固定于所述组装成角锥状的支柱，进而，分别在所述中央反射器的下方和柱体设置接收器，
使设置在柱体的接收器对来自配设在所述支柱的远方的定日镜的反射光进行接收，使设置在所述中央反射器的下方的接收器经由中央反射器对来自配设在支柱的附近的定日镜的反射光进行接收。
3. 一种清扫装置，是权利要求I或2所述的太阳热发电装置中的清扫装置，该太阳热发电装置具有：支柱，其具备中央反射器；以及多个定日镜，在该支柱的周围配设，该清扫装置的特征在干，
具备：框架，沿着剖面半圆弧形状的中央反射器的壁面形成为拱形状，一端侧被所述支柱支撑；清扫机器人，沿着该框架移动自由地安装；以及移动单元，使安装有该清扫机器人的框架在中央反射器的圆周方向上移动，
所述清扫机器人具有对中央反射器的壁面喷吹洗浄水的喷射装置。
4.根据权利要求I或2所述的太阳热发电装置，其特征在于，在设置在所述中央反射器的下方的接收器中，设置有圆锥形状的受光部，在该受光部的太阳光入射的入射ロ，设置有透过太阳光并防止尘埃的侵入的防尘单元。
混合太阳热发电装置
[0001] 本发明涉及利用太阳热的发电装置，涉及增加来自定日镜的反射光的聚光效率、使发电效率提高的太阳热发电装置。
[0002] 近年来，对燃烧化石燃料的排气气体导致的地球暖化、化石燃料的枯竭等的地球环境的关心不断提高，代替上述化石燃料的替代能源受到瞩目。作为这样的替代能源，风カ发电、太阳光发电正在不断普及。
[0003] 特别是以聚光太阳光而产生的热来加热热介质，通过该热介质的热使水蒸气产
生，利用该水蒸气驱动蒸气透平机进行发电的聚光型太阳热发电装置能够以与现有的火力发电同样的发电设备进行运转，能够获得高输出，因此受到瞩目。
[0004] 作为这样的聚光型太阳热发电装置，提出有以下方式：槽型太阳热发电装置，其在ー个面形成了反射面的剖面半圆形状的反射板的轴方向上设置有被导入热介质的管道(例如，专利文献I);碟型太阳热发电装置，设置有：在ー个面形成了反射面的碗型的反射板、和反射板附近的热介质加热部（例如，专利文献2);以及塔型太阳热发电装置，在周围设置许多定日镜（heliostat)，将在顶部设置有热介质加热部的塔配置在中央（例如，专利文献3)。
[0005] 此外，提出有在周围设置许多定日镜，在下部设置热介质加热部，在该热介质加热部的上方设置弯曲的反射镜（中央反射器）的光束下射方式（beam down)的太阳热发电装置（例如，非专利文献I)。
[0006]专利文献 I :W
[0007] 专利文献2 ：日本特开号公报
[0008] 专利文献3 ：日本特开号公报
[0009]非专利文献 I :Solar Energy, Volume 62, Number 2, February 1998,pp. 121-129(9)
[0010] 发明要解决的课题
[0011](槽型）
[0012] 上述槽型太阳热发电装置在反射板的宽度方向上相当大型化，进而纵横地设置了许多个而进行使用，所以存在反射板的设置面积变得相当大規模的问题。
[0013](碟型）
[0014] 在上述碟型中，按每ー个反射板进行聚光并对热介质进行加热，因此比较紧凑，但是反射板的大小有极限，存在不适合于大規模发电的问题。
[0015](塔型）
[0016] 塔型太阳热发电装置如图9所示，从配设在塔100的远方的定日镜102照射到接收器105的受光面105a的反射光R109,因为向受光面105a的入射角Θ I接近于直角、且照射面积狭窄，所以每单位面积的光量变多、照度变强，因此集热量高，但从配设在附近的定日镜101照射的反射光R108对受光面105a的入射角度Θ 2变为锐角，照射到该受光面105a的反射光R108的照射面积扩展，每单位面积的光量減少、照度变弱，因此存在集热量变小的问题。
[0017] 当以sin Θ (入射角）表示受热效率时，在配设在远方的定日镜102为大约100%，在配设在附近的定日镜101变为50%左右。
[0018](光束下射方式）
[0019] 光束下射方式太阳热发电装置如图10所示，来自配设在中央反射器116的远方的定日镜112的反射光R119对于中央反射器116的反射面116a的入射角成为锐角，因此反射光R119在相当倾斜的状态下入射到中央反射器116。结果，从配设在远方的中央反射器 112照射到中央反射器116的反射光R119的照射面积扩展，存在集热效率降低的问题。
[0020] 进而，即使定日镜的设置半径是数百米左右，中央反射器的直径也变为IOOm左右，其重量也成为数百吨，因此也存在支撑结构物的強度的问题。
[0021](本发明）
[0022] 本发明鉴于上述现有技术的问题，其目的在于提供一种太阳热发电装置，使从配设在接收器附近的定日镜照射到接收器的反射光、和从配设在远方的定日镜照射到接收器的反射光，向接收器的照射面积变窄，使照度増加。
[0023] 用于解决课题的方案
[0024] 本发明的混合方式太阳热发电装置以如下方式构成。
[0025] I)其特征在于，具有：支柱，其具备接收太阳光的接收器；以及多个定日镜，在该支柱的周围同心圆状地配置，将太阳光朝向上述接收器反射，上述支柱在上下方向具备至少2台接收器，上方的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收，下方的接收器对来自配设在附近的定日镜的反射光进行接收。
[0026] 2)其特征在于，在将接收器接收的反射光的入射角为直角时的光度设为100%的情况下，以接收器对来自设置在该光度为60%以上的位置的定日镜的反射光进行接收。
[0027] 3)其特征在于，将从配设在上述支柱的远方的定日镜向设置在该支柱的上方的接收器反射的反射光的入射角设为75°至105°，将从配设在上述支柱的附近的定日镜向设置在该支柱的下方的接收器反射的反射光的入射角设为75°至105°
[0028] 4)其特征在于，具有：支柱，其具备接收太阳光的接收器；以及多个定日镜，在该支柱的周围同心圆状地配置，将太阳光朝向上述接收器反射，在支柱的上部设置对来自配设在上述支柱的远方的定日镜的反射光进行接收的接收器，在支柱的下部设置对来自配设在上述支撑体的附近的定日镜的反射光进行接收中央反射器，进而，在该中央反射器的下方，设置有对通过中央反射器反射的太阳光进行接收的接收器。
[0029] 5)其特征在干，将至少3根支柱组装成角锥状，设置从该支柱的上端侧向上方延长的柱体，将中央反射器固定于上述组装成角锥状的支柱，进而，分别在上述中央反射器的下方、和柱体设置接收器，使设置在柱体的接收器对来自配设在上述支柱的远方的定日镜的反射光进行接收，使设置在支柱的接收器经由中央反射器对来自配设在支柱的附近的定日镜的反射光进行接收。[0030] 6)其特征在于，在如下太阳热发电装置中，即具有：支柱，其具备中央反射器；以及多个定日镜，在该支柱的周围同心圆状地配设的太阳热发电装置中，具备：框架，沿着剖面半圆弧形状的中央反射器的壁面形成为拱形状，一端侧被上述支柱支撑；清扫机器人，沿着该框架移动自由地安装；以及移动单元，使安装有该清扫机器人的框架在中央反射器的圆周方向上移动，上述清扫机器人具有对中央反射器的壁面喷吹洗浄水的喷射装置。
[0031] 7)其特征在于，在设置在上述中央反射器的下方的接收器中，设置有圆锥形状的受光部，在该受光部的太阳光入射的入射ロ，设置有透过太阳光井防止沙子等的尘埃的侵入的防尘单元。
[0032] 8)其特征在于，在支柱的上部设置对来自在该支柱的周围同心圆状地配设的多个定日镜的反射光进行接收的接收器，将上述接收器的受光面 形成为弯曲形状，使得来自上述定日镜的反射光的入射角正交于上述受光面或成为与其接近的角度。
[0033] 发明的效果
[0034] I)以在支柱的上部设置的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收，以在支柱的下部设置的接收器对来自配设在附近的定日镜的反射光进行接收，进而，以对来自各个接收器的反射光正交或成为与其接近的角度的方式，在接收器的受光板设置俯角，因此，来自从支柱的附近到远方配设的定日镜的反射光以正交于接收器的受光板或与其接近的角度入射。因此，入射到接收器的反射光的照射面积变窄，照度变强，因此接收器的受热量提高，与熔融盐的热交换效率也提高，能够使发热量增加。
[0035] 2)因为能够高效地利用来自从附近到远方配设的定日镜的反射光，所以能够实现根据大規模化的发电量的増大。
[0036] 3)因为通过清扫机器人对附着在中央反射器的表面的沙子、尘埃等进行除去，所以能够防止从中央反射器向接收器的反射效率的降低。
[0037] 4)通过防尘単元，能防止沙子等的尘埃侵入接收器的受光部，使内壁的表面模糊，使与熔融盐的热交换效率降低。
[0038] 5)因为将受光板形成为如下形状，即，使来自从附近到远方配设的定日镜的反射光照射到接收器的受光板时的入射角成为正交或与其接近的角度，所以接收器的集热量提高，发电量増加。此外，因为来自配设在远方的定日镜的集热效率也提高，所以能够实现大规模化，能够使发电量増大。
[0039] 图I是本发明的太阳热发电装置的概略图。
[0040] 图2是本发明的太阳热发电装置的接收器的概略剖面图。
[0041] 图3是表示照射到接收器的太阳热的入射角与照射面积的图。
[0042] 图4是表示照射到接收器的太阳热的入射角与发电量的图。
[0043] 图5是表示本发明的太阳热发电装置的第二实施方式的图。
[0044] 图6是清扫装置的概略图。
[0045] 图7是表示本发明的太阳热发电装置的第三实施方式的图。
[0046] 图8是表示本发明的太阳热发电装置的第三实施方式的接收器的概略图。
[0047] 图9是现有的塔型太阳热发电装置的概略图。[0048] 图10是现有的光束下射方式太阳热发电装置的概略图。
[0049] 图11是表示定日镜的设置半径和发电量的图。
[0050] 附图标记说明
[0051] A1、A2、A3太阳热发电装置 [0052] L太阳光
[0053] L1、L2、L3、L11、L12、L21、L22 反射光
[0054] cl近距离区间
[0055] c 2中距离区间
[0056] c3远距离区间
[0057] la、lb、lc、lla、12、21a、22 接收器
[、24 支柱
[0059] 6a、6b、6c、16a、26a、26b 定日镜
[中央反射器
[0061] 22a 开ロ部
[0062] 22b聚光部
具体实施方式
[0063] 以下，针对本发明的太阳热发电装置，图示并进行说明。
[0064] 实施例I
[0065] 图I是本发明的太阳热发电装置Al的概略结构图。在该太阳热发电装置Al中，作为对太阳热进行吸热并向热介质传导的热交換器的接收器la、lb、lc从支柱4的上部到下部设置有多个。此外，在具备接收器la、lb、lc的支柱4的周围，同心圆状地配置许多定日镜6 (6a.6b.6c)，该定日镜6具备由对太阳光、即太阳热进行反射的多个小镜板构成的反射镜m。
[0066] 上述接收器I如图2所示那样，具备：受热板la，连结许多板状的吸热体而形成为圆锥形状；和热介质管路9，沿着该受热板Ia的内周而卷绕多次。上述定日镜6具备：太阳光S的跟踪装置、和对反射镜m上下左右地进行驱动的驱动装置，以将太阳光S朝向接收器I反射的方式进行控制。
[0067] 如图I所示，配置在支柱4的上层的接收器la，对来自远方的定日镜6a的反射光Rl进行接收。设置在支柱4的中层的接收器Ib对来自配设在中间位置的定日镜6b的反射光R2进行接收，设置在支柱4的下层的接收器Ic对来自配设在支柱4附近的定日镜6c的反射光R3进行接收。
[0068] 此外，以入射到各个接收器la、lb、Ic的反射光R1、R2、R3的入射角成为反射光的强度是60%以上的方式，调整接收器la、lb、Ic的受光板Ia的角度。
[0069] 具体地，上述反射光Rl、R2、R3的入射角如图2所示那样，成为低入射角β为75°?高入射角Y为105°的范围。即，照射到受光板Ia的太阳光的照射效率如图3所示，在向受光板Ia的太阳光的入射角为90° (垂直）时成为最大，当比90°变小或变大时指数函数地急速下降，因此成为反射光的强度为60%以上的75°?105°的范围。
[0070] 进而，受光板Ia相对于支柱4的轴方向以倾斜α而安装，该倾斜α以来自各定日镜la、lb、lc的反射光R1、R2、R3的入射角成为75°?105°的方式而被调整。
[0071] S卩，当将在入射角90°时朝向受光板Ia反射的太阳光的面积设为100时，在入射角为75°?105°的范围内，太阳光对受光板Ia倾斜地照射，因此其面积成为104以内。因此，即使是不对受光板Ia垂直地照射太阳光的定日镜，其照射效率也成为60%以上。
[0072] 进而，通过将照射到受光板Ia的反射光的入射角设为75°?105°，如图4所示那样，即使是照射到受光板Ia的太阳光的入射角最偏离90°的定日镜，也具有60%以上的发电效率。
[0073] 上述入射角如图4(入射角和发电效率）所示那样，以发电效率成为60%以上的方式在75°?105°的范围中调整，所以如上述图4所示那样，当入射角脱离上述范围时，发电量指数函数地減少，因此在将入射角90°时的发电量作为100的情况下，即使是照射到受光板Ia的太阳光的入射角最偏离90°的定日镜，其发电量也能够维持在60以上。 [0074] 定日镜群6如图I所示，以向各接收器la、lb、Ic的各自的反射光Rl、R2、R3的入射角成为上述的范围的方式进行区分、调整。即，从支柱4的附近起依次设置有近距离区域Cl、中距离区域C2、远距离区域C3，以配设在各区域C1、C2、C3内的各个的定日镜6a、6b、6c对规定的接收器la、lb、Ic照射太阳光的方式进行调整，并且以照射到接收器la、lb、Ic的反射光R1、R1、R3的入射角成为上述的范围（75°?105° )的方式进行调整。
[0075] 具体地，在本实施例中，各接收器la、lb、Ic的设置高度是，远距离用接收器Ia为大约105m (高度h3)，中距离用接收器Ib为大约60m (高度h2)，近距离用接收器Ic为大约30m(高度hi)，上述各区域为，远距离区域C3为大约100?400m，中距离用区域C2为大约50?200m，近距离区域Cl为大约15?60m，照射到各接收器la、lb、Ic的反射光R1、R2、R3的入射角为75°?105°的范围。
[0076] 这样构成的太阳热发电装置Al以规定的接收器la、lb、Ic对从定日镜群6照射的反射光R1、R2、R3进行接收，将供给到各接收器la、lb、Ic的热介质（例如，亚硝酸钠40%、硝酸钠7%、硝酸钾53%等的熔融盐）加热到500°C左右。接着，将该高温的熔融盐导入到一并设置在支柱4的热交換器并使水蒸气产生，进而通过该水蒸气驱动透平发电机进行发电。
[0077] 熔融盐在接收器被加热并存积在高温用熔融盐槽，之后被送至上述热交換器而被利用于发电，存积在低温用熔融盐槽。在上述高温用熔融盐槽内，以在不能获得太阳热的夜间等也能够进行发电的方式，蓄积有能够蓄热对发电是充分的热量的量的熔融盐。结果，能够昼夜连续地进行发电。
[0078] 通过本实施例，以从定日镜照射到接收器的反射光的入射角成为正交或与其接近的角度的方式在支柱设置多个接收器，被照射来自定日镜的反射光的接收器的受光面积变小，照度变强，結果，太阳热的集热量提高，赋予到熔融盐的热量増加。结果，能够增加发电量。
[0079] 此外，大規模化导致集热量比现有技术大幅提高，因此能够实现大規模发电。
[0080] 实施例2
[0081 ] 本实施例如图5所示，在支柱14的上部设置接收器11a，在下部设置有中央反射器13和接收器12。上述中央反射器13通过许多小镜板状的反射镜13a形成为剖面半圆弧状的弯曲形状，从支柱14通过多个缆索或棒状的悬吊单元13c而固定。[0082] 在上述设置在下部的接收器12中，在上表面设置有接受来自中央反射器13的反射光的集热凹部，在该凹部的周围设置有许多的热介质管路，对热介质赋予太阳热。
[0083] 如图5所示，在支柱14的周围同心圆状地配设许多定日镜群16，区分为配设在支柱14的附近的定日镜16b、和配设在远方的定日镜16a。支柱14附近的定日镜16b将太阳光S的反射光Rll向中央反射器13照射,远方的定日镜16a将反射光R12照射到上部的接收器11a。进而，照射到上述中央反射器13的反射光R12，被聚光到下部的接收器12。
[0084] 配设在附近的定日镜16b和配设在远方的定日镜16a、和上述接收器Ila和中央反射器13，以该接收器Ila和中央反射器13的受光面积变小、照度变强的方式调整。即，以受光面积变小的方式，入射光的入射角度成为正交或与其接近的角度。具体地，与上述第一实施例同样地，入射角成为75°?105°。
[0085] 在上述中央反射器13，设置有对该中央反射器13的壁面（反射镜面）进行清扫的清扫单元G。该清扫単元G如图6所示，具备：框架f，沿着中央反射器13的壁面13c形成为拱形状，下端侧被上述支柱14支撑；清扫机器人GR，沿着该框架f移动自由地安装；以及驱动装置m2，使安装有该清扫机器人GR的框架f在中央反射器13的圆周方向移动。
[0086] 上述框架f为了减轻对朝向中央反射器13照射的反射光阻挡，形成为细宽度。此夕卜，以能够承受从定日镜群6照射的反射光导致的高热的方式，以耐热合金制作，此外，使用重量轻的合金。作为合金，例如能够使用因科镍合金、哈斯特镍合金等的高镍铁合金等。
[0087] 框架f的上端侧连结于设置在中央反射器13的圆环状周缘部的驱动装置ml，与框架f的下端侧的驱动装置m2 —起使该框架f移动。再有，框架f也能够使用以支柱14侧的驱动装置m2支撑的单臂式的。
[0088] 清扫机器人GR具有对中央反射器13的壁面13c喷吹洗浄水的洗浄装置η。该洗净装置η具备对附着在壁面13c的尘埃等进行水洗的喷射喷嘴等。此外，在洗浄装置η的周围，设置有防止水洗水漏出到外部的合成树脂制的被覆。此外，在洗浄水被回收并在过滤装置被过滤之后，从喷嘴喷射，能够对水进行循环再利用。此外，也能够从喷嘴喷射利用了发电用的热介质（熔融盐）的热的温水、水蒸气。
[0089] 清扫单元G在反射光R11、R12不入射到中央反射器13的夜间等进行工作，使用计算机在夜间自动运转。
[0090] 再有，在从定日镜群6照射太阳热时，清扫机器人GR移动到框架f的上端侧或下端侧，不受太阳热的影响。此外，太阳光在北半球侧对配设在中央反射器13的北侧的定日镜较强地照射，因此使框架f移动到中央反射器13的南侧，减轻太阳热的影响和阻挡。
[0091] 通过本实施例，将来自配设在具备接收器lla、12和中央反射器13的支柱14附近的定日镜16b的反射光R12朝向中央反射器13照射，将来自配设在支柱14的远方的定日镜16a的反射光朝向接收器Ila照射，因此能够用接收器lla、12对来自从支柱14的附近到远方配设的定日镜的反射光高效率地进行接收。
[0092] 結果，即使是与现有技术相同规模的定日镜的设置面积（设置半径），如图11所示那样，发电量増加，进而通过大規模化能够显著地使发电量增加。
[0093] 实施例3
[0094] 本实施例如图7所示，在支柱25的上部设置接收器21a，在下部分脚而成为角锥状的支柱24的空间设置有中央反射器23。进而，在该中央反射器23的下部设置有接收器22。
[0095] 在上述接收器22中，在其上部形成有对从中央反射器23反射的太阳热进行集热的坩埚形状的聚光部22b，在下部设置有在外周被热介质管路22f卷绕的热交换部22c。上述聚光部22b内壁成为镜面,将太阳热在其内部ー边反射一边导入热交换部22c。
[0096] 进而，在中央反射器23的下方设置的接收器22的聚光部22b的开ロ部22a，设置有防尘单元g。该防尘単元g使太阳光（太阳热）透过，并且不使沙子等的尘埃透过。作为防尘单元g，例如能够使用通过硼硅酸玻璃等制作的盖板等。
[0097] 通过设置防尘单元，防止沙子等的尘埃通过接收器22的聚光部22b的开ロ部22a侵入该聚光部22b的内側，污染镜面、热交换部22f，导致聚光效率、热交换效率降低。此外，接收器22的高度是5m左右，不容易清扫其内部，因此通过设置防尘单元g能够省去维护等 的麻烦。
[0098] 通过本实施例，以上部的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收，使设置在地上的接收器经由下部的中央反射器接收来自配设在附近的定日镜的反射光，因此由从远方到附近配设的定日镜照射的太阳光的入射角接近于垂直。结果，照射到接收器的受光面的光的強度变强，能够获得高温的熔融盐，使大量的水蒸气产生，发电量増加。
[0099] 因为中央反射器通过角锥形状的支柱支撑，所以支撑结构成为高强度，耐震性、耐风性提尚。
[0100] 此外，通过在设置于中央反射器的下方的接收器的入射ロ设置防尘单元，能够防止沙子等的尘埃使聚光部22b的内侧的镜面模糊，导致熔融盐和反射光的热交换效率降低。
[0101] 此外，在设置在中央反射器的下方的接收器中，其受光部是坩埚形状，成为难以将入射光的热放出到外部的形状，因此热效率提高。
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(3) , 多级全效太阳能热发电方法
本发明公开了一种多级全效太阳能热发电方法，该方法将塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统耦合连接，充分利用不同温度段的热能进行发电，其中，塔式太阳能热发电子系统汇聚吸收太阳辐射并形成高温高压空气进行发电，排出的中温空气通过热交换驱动朗肯循环热发电，尾气直接驱动热气流发电系统发电，最后整个系统做功获得的电能经过调压调频后对外输出。其不同子系统间还可以有机组合，例如热气流发电子系统集热塔可以作为塔式太阳能热发电子系统聚光塔底座，热气流发电子系统的流出气体可以作为塔式太阳能热发电子系统的吸入气体等。本发明发电效率高，能较好地满足工业上规模化太阳能热发电的要求。
1.多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，将塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统耦合连接，充分利用不同温度段的热能进行发电，其中，塔式太阳能热发电子系统汇聚吸收太阳辐射并形成高温高压空气进行发电，排出的中温空气通过热交换驱动空气余热发电子系统发电，产生的尾气直接驱动热气流发电子系统发电，最后整个系统做功获得的电能经过调压调频后对外输出，热气流发电子系统集热塔同时作为塔式太阳能热发电子系统的聚光塔底，热气流发电子系统的流出气体作为塔式太阳能热发电子系统的吸入气体。
2.根据权利要求I所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述塔式太阳能热发电子系统包括定日镜场、聚光塔、吸热器、耐高温泵、空气热发电机；定日镜场汇聚太阳辐射到聚光塔上方的吸热器，耐高温泵将空气直接吸入吸热器中进行加热，通过空气热发电机发电后流出为中温空气；传热工质为高温高压空气。
3.根据权利要求2所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述空气余热发 电子系统包括蒸发器、汽轮机、发电机、混合器、回热器、冷凝器与泵；塔式太阳能热发电子系统流出的中温空气进入蒸发器，使得传热工质在蒸发器中吸收热量而蒸发，进而进入汽轮机带动发电机发电，然后经回热器冷却和冷凝器冷凝成为液态，被泵抽出并由回热器加热后与汽轮机抽出的部分过热蒸汽在混合器混合，而后再由泵吸入蒸发器完成循环。
4.根据权利要求3所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述空气余热发电子系统采用朗肯热力循环。
5.根据权利要求3所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述空气余热发电子系统中的热力系统空气余热温度较高时采用水工质，空气余热温度较低时采用有机工质。
6.根据权利要求3所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述空气余热发电子系统中的蒸发器包括保护层、保温层、外壳、传热工质进出口、空气进出口、蒸发管，蒸发管上有翅片，蒸发器内部布置有隔板。
7.根据权利要求3所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述热气流发电子系统包括蓄热层、集热棚、集热塔、气流发电机；经过空气余热发电子系统中的蒸发器的空气尾气进入集热棚，集热棚与蓄热层同时直接吸收太阳辐射能，热空气在集热塔内浮升并流出，从而驱动气流发电机发电。
8.根据权利要求7所述的多级全效太阳能热发电方法，其特征在于，所述热气流发电子系统的传热介质为中低温空气。
多级全效太阳能热发电方法
[0001] 本发明涉及太阳能热利用领域，特别涉及一种多级全效太阳能热发电方法。
[0002] 太阳能在我国以及全世界都是最丰富和最具发展潜力的可再生能源，并且由于清洁无污染的特点，一直受到世界各国的广泛重视。从物理机制看，太阳能的能量转化包括光电、光热、光化学方式，而太阳能利用系统主要通过收集、储存和转换来实现太阳能的利用。太阳能发电技术是未来最具潜力的清洁能源技术，主要包括光伏发电与光热发电两类。
[0003] 太阳能光热发电是把太阳辐射能先转化为热能再转换成电能的技术，主要包括热能的直接和间接发电两类。太阳热能直接发电系统中，太阳能加热相关部件直接发电，其本体没有活动部件，发电功率偏小，技术相对不成熟。太阳热能间接发电系统中，利用收集的太阳热能通过热机带动发电机发电，除热源采用方式为太阳能加热，其基本原理与常规火力发电类似，发电规模较大，技术较为成熟，主要包括聚光太阳能热发电、太阳能热气流发电、太阳池发电等。
[0004] 聚光太阳能热发电技术作为低成本且具有规模化前景的清洁能源技术，是我国国民经济可持续发展的战略性新能源技术，主要分为四种形式：槽式、线式、碟式和塔式。槽式太阳能热发电系统利用槽式抛物面进行聚光发电，传热蓄热介质通常采用导热油，系统采用蒸汽朗肯热力循环、有机朗肯热力循环等。塔式太阳能热发电系统利用定日镜汇聚太阳辐射能进行发电，传热蓄热介质通常采用熔融盐、过热蒸汽与空气，其系统通常采用蒸汽朗肯热力循环、高温空气复合热力循环等。碟式太阳能热发电系统利用抛物面反射镜进行聚光发电，传热蓄热介质通常采用空气，其系统通常采用斯特林热力循环，规模较小，可用于分布式能源系统。线式太阳能热发电系统主要利用菲涅尔镜聚光发电，目前处于研发阶段。目前槽式与塔式热发电技术已得到大力发展和广泛应用。
[0005] 热气流发电系统与太阳池发电系统直接收集太阳辐射能进行发电。热气流发电系统中，集热棚与地表蓄热层利用温室效应吸收太阳辐射并加热棚内的空气，空气受热膨胀形成一股向上的动力，从而形成热气流驱动涡轮发电机组发电。太阳池发电系统中，水池直接吸收太阳辐射，稳定的盐水层隔绝对流传热，形成了自然的蓄热池或太阳池，底部的高温热水被用于驱动气轮机发电，其热机系统通常采用有机朗肯循环。
[0006]目前国内外已有众多相关发明专利，包括太阳能塔式热发电方法、有机朗肯发电方法、热气流发电方法，但不同温度段发电方法间缺乏耦合，不能进行全效能发电，因此需要一种多级全效太阳能热发电方法。
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多级全效太阳能热发电方法，该方法能较好地满足规模化高效能太阳能热发电的要求。
[0008] 本发明通过以下技术方案实现：多级全效太阳能热发电方法中，将塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统耦合连接，充分利用不同温度段的热能进行发电。塔式太阳能热发电子系统汇聚吸收太阳辐射并形成高温高压空气进行发电，排出的中温空气通过热交换驱动空气余热发电子系统发电，产生的尾气直接驱动热气流发电子系统发电，最后整个系统做功获得的电能经过调压调频后对外输出。
[0009] 所述塔式太阳能热发电子系统包括定日镜场、聚光塔、吸热器、耐高温泵、空气热发电机与管路，在工作过程中，定日镜场汇聚太阳辐射到聚光塔上方的吸热器，耐高温泵将空气直接吸入吸热器中进行加热，然后通过空气热发电机进行发电，在这一子系统中，传热工质为高温高压空气。
[0010] 所述空气余热发电子系统包括蒸发器、汽轮机、发电机、混合器、回热器、冷凝器与泵，在工作过程中，将通过塔式太阳能热发电子系统后排出的中温空气吸入所述的空气余 热发电子系统中的蒸发器，使得蒸发器中的传热工质在蒸发器中吸收热量而蒸发，然后进入汽轮机带动发电机发电，发电完成后，传热工质经回热器冷却和冷凝器冷凝成为液态，然后被泵抽出，重回回热器加热，加热后与汽轮机抽出的部分过热蒸汽在混合器混合，然后再由另一泵吸入蒸发器完成循环。在这一子系统中，采用的是朗肯热力循环，在空气余热温度较高时采用的传热工质是水工质，空气余热温度较低时采用的传热工质是有机工质。
[0011] 所述热气流发电子系统包括蓄热层、集热棚、集热塔、气流发电机，在工作过程中，从所述空气余热发电子系统中的蒸发器流出的空气尾气进入热气流发电子系统中的集热棚，集热棚与蓄热层同时直接吸收太阳辐射能，热空气在集热塔内浮升并流出，从而驱动气流发电机发电。在这一子系统中，其传热工质为中低温空气。
[0012] 最后三个子系统做功获得的总电能经过调压调频后对外输出。
[0013] 多级全效太阳能热发电方法中各子系统之间还可以有机组合，使方法得到进一步优化，例如将热气流发电子系统中的集热塔同时作为塔式太阳能热发电子系统的聚光塔底座，可大幅度节省材料和面积；将热气流发电子系统的流出气体作为塔式太阳能热发电子系统的吸入气体，从而具有一定的预热效果。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0015] I、本发明中塔式太阳能热发电子系统采用高温空气发电，空气余热发电子系统采用中温空气发电，热气流发电子系统采用低温空气发电，整个系统工作温度范围广。
[0016] 2、多级全效太阳能热发电方法将塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统耦合连接，充分利用不同温度段的热能进行发电，提高了发电效率。
[0017] 3、多级全效太阳能热发电方法中各子系统之间可以有机组合，使方法得到进一步优化。
[0018] 图I为一种多级全效太阳能热发电方法的工作原理图；
[0019] 图2为组合式多级全效太阳能热发电方法的工作原理图；
[0020] 图3为空气余热发电子系统中蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0022] 实施例I
[0023] 图I为一种采用多级全效太阳能热发电方法的工作原理图。实现该方法的系统包括塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统。塔式太阳能热发电子系统包括定日镜场I、聚光塔2、吸热器4、耐高温泵3、空气热发电机5与管路，传热工质为高温高压空气。空气余热发电子系统包括蒸发器7、汽轮机8、发电机9、混合器13、回热器12、冷凝器10与泵11，热力系统采用朗肯热力循环，空气余热温度较高时采用水工质作为传热工质，空气余热温度较低时采用有机工质作为传热工质。热气流发电子系统包括蓄热层14、集热棚15、集热塔17、气流发电机16，其传热工质为中低温空气。
[0024] 该系统工作时，所述塔式太阳能热发电子系统中的定日镜场I汇聚太阳辐射到聚光塔2上方的吸热器4，耐高温泵3将空气直接吸入吸热器4中进行加热，通过空气热发电机5发电后成为中温空气进入所述的空气余热发电子系统中的蒸发器7，使得传热工质在蒸发器7中吸收热量而蒸发，然后进入汽轮机8带动发电机9发电。从蒸发器7流出的空 气尾气进入热气流发电子系统中的集热棚15，集热棚15与蓄热层14同时直接吸收太阳辐射能，热空气在集热塔17内浮升并流出，从而驱动气流发电机16发电。最后整个系统做功获得的电能经过调压调频器18后对外输出。
[0025] 所述空气余热发电子系统中的传热工质在蒸发器7中蒸发进入汽轮机8带动发电机9发电后，经回热器12冷却和冷凝器10冷凝成为液态，然后被泵11抽出并由回热器12加热后与汽轮机8抽出的部分过热蒸汽在混合器13混合，而后再由泵6吸入蒸发器7完成循环。
[0026] 实施例2
[0027] 图2为一种采用多级全效太阳能热发电方法所得的组合式系统结构图。该系统是对实施例I系统所做的进一步改进。该系统包括塔式太阳能热发电子系统、空气余热发电子系统、热气流发电子系统。塔式太阳能热发电子系统包括定日镜场21、聚光塔顶支架25、吸热器27、耐高温泵26、空气热发电机38与管路。空气余热发电子系统包括蒸发器34、汽轮机36、发电机35、混合器33、回热器32、冷凝器30与泵31。热气流发电子系统包括蓄热层28、集热棚22、集热塔24、气流发电机23。最后整个系统做功获得的电能经过调压调频器37后对外输出。
[0028] 该组合式多级全效太阳能热发电系统与实施例I中系统相比较，不同点是热气流发电子系统集热塔24同时是塔式太阳能热发电子系统的聚光塔底座，从而在结构上大幅度节省了材料和面积，另外热气流发电子系统的流出气体可作为塔式太阳能热发电子系统的吸入气体，具有一定的预热效果，从而提高系统的发电效率。其他工作原理和流程与实施例I相同。
[0029] 图3为空气余热发电子系统中蒸发器的结构示意图。蒸发器包括保护层41、保温层42、外壳43、传热工质进口 44、传热工质出口 49、空气进口 48、空气出口 45、蒸发管46、翅片47、隔板50。在蒸发管46上有翅片47，主要用于强化管外空气与管内有机工质间的换热，另外，在蒸发器内为优化空气流道，使管内外的传热得以强化而设置了隔板50。
[0030] 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
华中科技大学太阳能驱动气流发电装置中国科学院工程热物理研究所带有双级蓄热的塔式太阳能热发电系统 Title not availableThe United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space AdministrationWind and solar powered turbineUS Title not availableInternational Classification, , , , , Cooperative Classification, , C06PublicationC10Request of examination as to substanceC14GrantedRotate}