CN102486167B - 穹式阵列太阳能热电和风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能热能和太阳能真空风能发电技术。其特征以卧式抛物面聚焦器5、穹式阵列聚热器17、环形阵列聚热器41，分别向温度交流器9、蒸汽发生器20、过热蒸汽发生器40进行三维聚光集热，多级汽水分离装置27进行汽、水分离，过热蒸汽发生器40产生工作压力1.5Mpa、干燥度超过98％的过热蒸汽，推动蒸汽涡轮发电机50发电。穹式阵列聚热器17、玻璃保温罩31形成保温真空区并产生人造太阳风，推动涡轮风力机26和35，带动风力发电机发电。

Description

穹式阵列太阳能热电和风电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能热能发电和太阳能真空风能发电技术。

背景技术

目前国内外尚无太阳能热能和太阳能风能综合循环-互补发电系统。

国际上较为成功的为单一性的太阳能热发电系统，主要有槽式、塔式、碟式三大类型。其中槽式抛物面太阳能热发电系统已有商业化运行实例，如美国在加州Mojave沙漠相继建造的九座槽式抛物面太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，总投资10亿美元，年发电量8亿KWh。塔式和碟式，目前仍处于试验阶段。

理论上，太阳能热发电较之太阳能光伏发电具有绝对优越性，如对太阳能能量的利用率更高，生产技术和材料更简单通用、投资和运营成本更低，更适合大功率开发，更易于并网等等。

但是，槽式、塔式、碟式太阳能热发电系统仍然因为建设成本过高、运行维护难度大等方面的问题而难以大规模推广运用。此外，槽式、塔式、碟式三大类型的太阳能热发电系统均存在一定的技术瓶颈和生产工艺难题，如槽式抛物面太阳能热发电系统几何聚光比和聚热效率低，峰值集热效率下降快，须采用特殊的真空集热管和集热工质，抛物面反光面笨重，自洁能力差，占地面积较大等；塔式太阳能热发电系统，占地更为广大，成本更高，定日镜及自动跟踪系统成本达到总成本的52％以上，峰值热效率下降等；槽式和塔式均须采用高压汽轮机，工作温度450℃以上，工作压力2.5Mpa以上，生产工艺要求较高。碟式太阳能热发电系统尚属研发阶段，只适于小型化生产，一般低于30KW，且必须与斯特林发动机匹配，成本高，推广难度更大。

目前国内外的风力发电站场，均为自然风力发电，主要缺馅有：成本高昂、效率较低、占地巨大、地理位置非常受限、躁音干扰严重、运营维护难等。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述状况，提供一种新型的卧式抛物面阵列菲涅尔聚光镜三维聚光集热技术和穹式阵列菲涅尔聚光镜聚光集热技术，以及与多种新型涡轮发电机相匹配的低压太阳能热发电技术和太阳能真空风能发电技术。

本发明采用了两种菲涅尔聚光镜三维立体聚光集热方式

1、卧式抛物面阵列菲涅尔聚光透镜和菲涅尔聚光反射镜三维聚光集热

根据焦距的距离，将数块第一菲涅尔聚光透镜7按环形阵列设置于卧式抛物面聚焦器5上半部，采用透镜折射聚光原理聚焦太阳光，自上而下对温度交流器9的顶部进行聚光集热。将数块第一菲涅尔聚光反射镜12按环形阵列设置于卧式抛物面聚焦器5下半部，采用反射镜反射聚光原理聚焦太阳光，自下而上对温度交流器9底部进行聚光集热。

同理，将数块第三菲涅尔聚光透镜38按环形阵列设置于环形阵列聚焦器41上半部，采用透镜折射聚光原理聚焦太阳光，自上而下对过热蒸汽干燥器40的顶部进行聚光集热。将数块第二菲涅尔聚光反射镜43按环形阵列设置于环形阵列聚焦器41下半部，采用反射镜反射聚光原理聚焦太阳光，自下而上对过热蒸汽干燥器40的底部进行聚光集热。

2、穹式阵列菲涅尔聚光镜聚光集热

将数块第二菲涅尔聚光透镜18按焦距距离设置于穹式阵列聚焦器17顶部和两侧，分列三个阵列，太阳光自上而下透过菲涅尔聚光透镜，分别向蒸汽发生器20的顶部和两个侧面进行聚光集热。

本发明的热发电技术方案为

卧式抛物面聚焦器5通过第一菲涅尔聚光透镜7、第一菲涅尔聚光反射镜12聚焦太阳光，分别对温度交流器9的顶部、底部进行聚光集热，使温度交流器9产生设定温度的热水，热水经中温水管10、温控止回阀16进入蒸汽发生器20。

穹式阵列聚焦器17通过第二菲涅尔聚光透镜18，进一步对蒸汽发生器20中的热水进行聚光加热，使之产生蒸汽，多级汽水分离装置27将蒸汽进行汽、水分离。穹式阵列聚焦器17同时对蒸汽发生器20中的蒸汽进行加热干燥，初步干燥后的蒸汽经内蒸汽管25、外蒸汽管32进入过热蒸汽干燥器40中。

环形阵列聚焦器41通过第三菲涅尔聚光透镜38、第二菲涅尔聚光反射镜43聚集阳光，对过热蒸汽干燥器40进行聚焦集热，使过热蒸汽发生器40内蒸汽温度达到设定工作温度250C、工作压力1.5Mpa、干燥度大于98％。过热蒸汽经过热蒸汽管47，推动新型蒸汽涡轮机49带动交流发电机50发电。

本发明的太阳能真空风力发电技术方案为

穹式阵列聚焦器17、玻璃保温罩31、抽风管33，形成一闭合的太阳能聚热、保温真空区间。穹式阵列聚焦器17、第二菲涅尔聚光透镜18，对蒸汽发生器20进行聚光加热的同时也对真空区间内空气进行加热，真空区内形成人造太阳风，冷气流从改进型涡轮风力机26的进风口流入，热气流从抽风管33的顶部抽风口流出，冷热空气的对流，同时推动改进型涡轮风力机26和改进增强型Φ-达里厄风机35，带动风力发电机发电。

零部件列表

1-进水闸阀，2-压水泵，3-止回阀，4-冷水压力管，5-卧式抛物面聚焦器，6-聚焦器支架，7-第一菲涅尔聚光透镜，8-透镜微调器，9-温度交流器，10-中温水管，11-插入式加热器，12-第一菲涅尔聚光反射镜，13-反射镜微调器，14-第一双轴自动跟踪器，15-水管支架，16-温控止回阀，17-穹式阵列聚焦器，18-第二菲涅尔聚光透镜，19-第二双轴自动跟踪器，20-蒸汽发生器，21-水位阀，22-检视口，23-安全阀，24-温度计，25-内蒸汽管网，26-改进型涡轮风力发电机，27-汽水分离装置，28-插入式加热器，29-水压控制阀，30-减压水管，31-玻璃保温罩，32-外蒸汽管网，33-抽风管，34-风力机支座，35-改进增强型Φ-达里厄，36-风力发电机传动装置，37-避雷针，38-第三菲涅尔聚光透镜，39-透镜微调器，40-过热蒸汽干燥器，41-环形阵列聚焦器，42-反射镜微调器，43-第二菲涅尔聚光反射镜，44-插入式加热器，45-第三双轴自动跟踪器，46-聚热器支架，47-过热蒸汽管，48-涡轮机控制阀，49-新型蒸汽涡轮机，50-交流发电机，51-蒸汽冷凝器，52-循环水控制阀，53-减压阀，54-储存器蒸汽管，55-潜式蒸汽储存器，56-补偿器蒸汽管，57-补偿器控制阀，58-蒸汽自动补偿器，59-保温垫层，60-地坪。

附图说明

本发明将基于示范性的实施例结合附图详细阐述。

附图中：

图1显示本发明实施例之卧式抛物面聚焦器主示意图

图2显示本发明实施例之卧式抛物面聚焦器侧示意图

图3显示本发明实施例之穹式阵列聚焦器主示意图

图4显示本发明实施例之穹式阵列聚焦器侧示意图

图5显示本发明实施例之蒸汽发生器示意图

图6显示本发明实施例之环形阵列聚焦器主示意图

图7显示本发明实施例之环形阵列聚焦器侧示意图

图8显示本发明实施例之运行线路示意图

具体实施方式

图1、图2中，卧式抛物面聚焦器5、第一菲涅尔聚光透镜7、透镜微调器8、第一菲涅尔聚光反射镜12、反射镜微调器13、第一双轴自动跟踪器14，构成第一级聚光集热系统。数块第一菲涅尔聚光透镜7按不同焦距环形阵列设置于卧式抛物面聚焦器5上半部，透镜微调器8、第一双轴自动跟踪器14，自动跟综太阳光，采用透镜折射聚光原理聚焦太阳光，自上而下对温度交流器9的顶部进行聚光集热。数块第一菲涅尔聚光反射镜12按不同焦距环形阵列设置于卧式抛物面聚焦器5下半部，反射镜微调器13、第一双轴自动跟踪器14，自动跟综太阳，采用反射镜反射聚光原理聚焦太阳光，自下而上对温度交流器9底部进行聚光集热。温度交流器9中产生设定温度的热水，热水经中温水管10、温控止回阀16进入蒸汽发生器20。

图3、图4中，穹式阵列聚焦器17、第二菲涅尔聚光透镜18、第二双轴自动跟踪器19，构成第二级聚光集热系统。第二双轴自动跟踪器19自动跟综太阳光。数块第二菲涅尔聚光透镜18按焦距距离设置于穹式阵列聚焦器17顶部和两侧，分列三个阵列，自上而下，分别向蒸汽发生器20的顶部和两个侧面进行聚光集热，使之产生蒸汽，多级汽水分离装置27将蒸汽进行汽、水分离。穹式阵列聚焦器17同时对蒸汽发生器20中的蒸汽进行加热干燥，初步干燥后的蒸汽经内蒸汽管25、外蒸汽管32进入过热蒸汽干燥器40中。

图6、图7中，环形阵列聚焦器41、第三菲涅尔聚光透镜38、透镜微调器39、第二菲涅尔聚光反射镜43、反射镜微调器42、第三双轴自动跟踪器45，构成第三级聚光集热系统。第三菲涅尔聚光透镜38按焦距距离环形阵列设置于环形阵列聚焦器41上半部，自下而上对过热蒸汽干燥器40的顶部进行聚光集热。第二菲涅尔聚光反射镜43按焦距距离环形阵列设置于环形阵列聚焦器41下半部，自下而上对过热蒸汽干燥器40的底部进行聚光集热。过热蒸汽发生器40内产生符合设定工作温度250C、工作压力1.5Mpa、干燥度大于98％的过热蒸汽。

图1至图7显示，卧式抛物面聚焦器5、穹式阵列聚焦器17、环形阵列聚焦器41三级聚焦器均采用横卧式。其中卧式抛物面聚焦器5、环形阵列聚焦器41略高于地面，穹式阵列聚焦器17置于地面，充分利用菲涅尔聚光透镜透光折射聚焦原理、菲涅尔聚光透镜焦距可调原理和抛物面聚焦原理，将受热体温度交流器9、蒸汽发生器20、过热蒸汽干燥器40分别置于卧式抛物面聚焦器5、穹式阵列聚焦器17、环形阵列聚焦器41的焦点处，用菲涅尔聚光透镜从上而下透光聚焦集热，彻底解决了塔式热电系统必须建高大塔架和巨大定日镜场集热、槽式系统聚热效率低、碟式系统无法大型化的矛盾。

同理，充分利用菲涅尔聚光反射镜反射光折射聚焦原理、菲涅尔聚光反射镜焦距可调原理和抛物面聚焦原理，卧式抛物面聚焦器5、环形阵列聚焦器41同时用菲涅尔聚光反射镜从下往上反射太阳光，形成了三维立体聚焦系统。

图3、图4、图5中，蒸汽发生器20设计成凸型，穹式阵列聚焦器17上的第二菲涅尔聚光透镜18按焦距排列成顶部和两侧部三个聚焦阵列，分别向蒸汽发生器20的顶部和两个侧面进行聚光集热，主要是为了解决菲涅尔聚光透镜从上而下对蒸汽发生器20的顶部聚光集热时难以对蒸汽发生器20中的介质直接进行加热的矛盾。

图8中，温度交流器9、蒸汽发生器20、内蒸汽管网25、汽水分离装置27、外蒸汽管网32、过热蒸汽干燥器40、过热蒸汽管

47、涡轮机控制阀48、新型蒸汽涡轮机49、交流发电机50，构成蒸汽发电运行系统。过热蒸汽干燥器40中产生的过热蒸汽经过热蒸汽管47，推动新型蒸汽涡轮机49带动交流发电机50发电。

图3、图4、图8中，穹式列阵聚焦器17、第二菲涅尔聚光透镜18、第二双轴自动跟踪器19、玻璃保温罩31、抽风管33、改进型涡轮风力机26和改进增强型Φ-达里厄风机35，构成太阳能真空风力运行系统。穹式列阵聚焦器17、第二菲涅尔聚光透镜18，对蒸汽发生器20进行聚光加热的同时也对真空区间内空气进行加热，真空区内形成人造太阳风，冷气流从改进型涡轮风力机26的进风口流入，热气流从抽风管33的顶部抽风口流出，冷热空气的对流，同时推动改进型涡轮风力机26和改进增强型Φ-达里厄风机35，带动风力发电机发电。

图8中，减压阀53、储存器蒸汽管54、潜式蒸汽储存器55、

补偿器蒸汽管56、补偿器控制阀57、蒸汽自动补偿器58，构成安全减压、蒸汽储存和蒸汽自动补偿系统。当蒸汽发电系统内蒸汽压力超过工作压力或蒸汽量有余时，蒸汽通过减压阀53、储存器蒸汽管54进入潜式蒸汽储存器55储存。

夜间及太阳光较差时，蒸汽自动补偿器58自动开启(涡轮机控制阀48自动闭合)，储存器55内的蒸汽自动补偿给蒸汽涡轮机49带动发电机50发电。

本发明采用了两种菲涅尔聚光镜三维立体聚光集热技术和卧式抛物面聚焦器5、穹式阵列聚焦器17、环形阵列聚焦器41三种聚焦器构造形式，并采用三级递增加热方式逐级加热。

本发明采用的两种菲涅尔聚光集热技术、三种聚焦器构造形式、三级递增加热方式均可联合运用又可独立作为聚光集热系统使用。

本发明的太阳能热能发电技术和太阳能真空风能发电技术既可联合循环运用，也可分系统单独运用。

Claims (1)

1.穹式阵列太阳能热电和风电系统，其特征在于:采用卧式抛物面阵列菲涅尔聚光透镜、菲涅尔聚光反射镜三维聚光集热和穹式阵列菲涅尔聚光镜聚光集热两种聚光集热方式，由第一菲涅尔聚光透镜（7）、第一菲涅尔聚光反射镜（12）、第一双轴自动跟踪器（14），构成卧式抛物面聚焦器（5）；第二菲涅尔聚光透镜（18）、第二双轴自动跟踪器（19），构成穹式阵列聚焦器(17)；第三菲涅尔聚光透镜（38）、第二菲涅尔聚光反射镜（43）、第三双轴自动跟踪器（45），构成环式阵列聚焦器(41)；卧式抛物面聚焦器（5）、穹式阵列聚焦器（17）、环式阵列聚焦器（41）构成三种聚焦集热构造形式；卧式抛物面聚焦器（5）对温度交流器（9）进行聚光集热，使温度交流器（9）产生设定温度的热水，热水经温控止回阀（16）进入蒸汽发生器（20）；穹式阵列聚焦器（17）对蒸汽发生器（20）中的热水进行聚光加热，使之产生蒸汽，汽水分离装置（27）将蒸汽进行汽、水分离；穹式阵列聚焦器（17）同时对蒸汽发生器（20）中的蒸汽进行加热干燥，干燥后的蒸汽进入过热蒸汽干燥器（40）中；环式阵列聚焦器（41）对过热蒸汽干燥器（40）进行聚光集热，使过热蒸汽干燥器（40）产生符合设定工作温度250℃、工作压力1.5MPa和干燥度大于98%的过热蒸汽，从而推动蒸汽涡轮机（49）带动交流发电机（50）发电。

Images