CN103711662A - 一种太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能发电系统，包括：集热装置，吸收太阳光的能量，输出高温工质；发电装置，在高温工质的驱动下发电；至少一个罐体储热装置，罐体储热装置的工质出口与发电装置的工质入口联通，罐体储热装置的工质入口和罐体储热装置的工质出口处设置有阀门；加热通道，为罐体储热装置内的工质加热；至少一个第二储热装置，入口与罐体储热装置的工质出口联通，第二储热装置的出口与发电装置的入口联通；和/或至少一个第三储热装置，第三储热装置的入口通过三通阀与集热装置的出口联通，同时还通过三通阀与加热通道的出口联通；第三储热装置的出口与加热通道入口联通；控制器，控制三通阀以及罐体储热装置的工质出口处设置的阀门的开合。

Description

一种太阳能发电系统

技术领域

本发明涉及电力应用系统技术领域，具体涉及一种太阳能发电系统。

背景技术                                          

近年来用电负荷不断增加，电网建设却没有同步发展，使得远距离输电线路的输入容量不断增大，电网运行的稳定性和安全性下降。并且现阶段用户对电能的质量和电力品质的要求越来越高，以及环境和政策因素使得这种传统的大电网已经不能很好的满足各种负荷的要求。电网中，外在条件的变化会导致输出功率的变化从而引起电能质量的下降，可能会导致系统中的瞬时停电、电压骤降或者电压骤升等问题，针对上述问题可以利用储能装置提供快速功率缓冲，吸收或补充电能，以平稳或者平滑电网电压的波动。

现有技术中，有多种可以应用于电网中的储能装置，如孙建波在2010年12月发表在湖北电力第34卷上的文章《智能电网中的储能技术及其在稳定控制中的应用》中公开了几种储能技术的基本工作原理、特点及应用范围，其中给出了抽水储能、蓄电池储能、飞轮储能、超导磁储能、超级电容储能和压缩空气储能，这几种储能方法各有优势及特定的应用范围。因此每一种储能方法的应用都受到了极大的限制，现有技术中还没有发现将上述几种储能方式中的两种或两种以上结合使用的方案。

又如现有专利文献CN101841164A公开了一种并网型发电系统，包括发电部件、用于检测发电部件发电量的第一检测装置，用于存储多余能量的储能装置，用于连通储能装置和发电部件或者储能装置与并网型发电系统的电网的充放电装置，以及用于控制储能装置的充、放电控制装置，其储能装置包括储能电池和用于保护储能电池的电池保护装置，储能电池和电池保护装置在控制装置的控制下充、放电。该方案中，用于存储多余能量的储能装置采用的是电能存储的技术方案，虽然存储电能无需进行能量转换便能直接进入电网使用，但是电能的存储容量有限，无法大规模存储，这就会造成能量的浪费。

另外，现有专利文献CN101702597A公开了一种太阳能高温蓄热式热发电方法，由太阳能塔式集热模块，高温相变蓄热模块，热电转换模块，光伏发电模块组成太阳能高温蓄热式发电装置，其中太阳能塔式集热模块、高温相变蓄热模块、热电转换模块组成太阳能热发电系统，光伏发电模块单独构成光伏发电系统；太阳能光伏发电系统根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能；太阳能以热量的形式通过传热工质，一部分输送到相变蓄热模块中，相变蓄热模块中的蓄热材料受热发生相变存储热量，另一部分通过热电转换模块直接将热能转换为电能，当日照不足时，蓄热材料放热，并作为热电转换模块的供热源。上述方案，虽然可以提高对太阳能的利用率，实现移峰填谷，然而对于由外在条件的变化引起的输出功率的变化，如电网负载的突然变大或突然变小引起的电压骤降或者电压骤升等问题无法实现快速的反应；并且由于太阳光强弱变化，引起的集热模块吸收热能的瞬时过高或过低，导致发电系统的发电功率不稳定，也会影响电网的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中发电系统在电网负载的突然变大或突然变小以及太阳光强弱变化时不能及时响应影响到电网的稳定性，进而提供一种能够快速响应电网负载变化及太阳光强弱变化的太阳能发电系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能发电系统，包括：

集热装置，吸收太阳光的能量以加热其内部的吸热工质，输出高温工质；

发电装置，在高温工质的驱动下发电；

还包括：

至少一个罐体储热装置，其上设置有工质入口和工质出口，所述罐体储热装置的工质入口与工质源联通，所述罐体储热装置的工质出口与所述发电装置的工质入口联通，所述罐体储热装置的工质入口和所述罐体储热装置的工质出口处设置有阀门；

加热通道，入口与所述集热装置的出口联通，出口与所述集热装置的入口联通，所述加热通道为所述罐体储热装置内的工质加热；

至少一个第二储热装置，所述第二储热装置的入口与所述罐体储热装置的工质出口联通，所述第二储热装置的出口与所述发电装置的入口联通；

和/或至少一个第三储热装置，所述第三储热装置的入口通过三通阀与所述集热装置的出口联通，同时还通过三通阀与所述加热通道的出口联通；所述第三储热装置的出口与所述加热通道入口联通；系统还包括控制器，用于控制三通阀以及所述罐体储热装置的工质出口处设置的阀门的开合。

所述发电装置的工质出口与至少一个所述第二储热装置的入口联通。

其包括至少两个所述罐体储热装置，所述罐体储热装置之间通过管道联通。

所述第二储热装置和/或所述第三储热装置中，包括至少一个固体储热装置；

所述第二储热装置中的至少一个所述固体储热装置的入口与所述罐体储热装置的出口联通，出口与所述发电装置的工质入口联通；

和/或所述第三储热装置中的至少一个固体储热装置的入口通过所述第一三通阀与所述集热装置的出口联通，同时还通过所述第二三通阀与所述加热通道的出口联通；出口与所述加热通道入口联通。

所述第二储热装置中还进一步包括至少一个熔融盐储热装置；

所述熔融盐储热装置的入口通过第三三通阀与所述第二储热装置中的所述固体储热装置的出口联通，同时与所述加热通道的出口联通；所述熔融盐储热装置的出口与所述加热通道的入口联通。

还进一步包括：

第四三通阀，一输入端口与所述集热装置的出口联通；一输入端口与所述第二储热装置的出口联通，输出端口与所述发电装置的工质入口联通。

进一步包括：流量阀，设置于所述集热装置的出口和所述第一三通阀门之间；和/或所述集热装置的出口和所述三通阀之间。

还进一步包括与所述控制器实现数据通讯的温度和/或压力传感器，测量所述集热装置的出口输出的高温工质的温度和/或压力；

所述控制器接收所述温度和/或压力传感器的测量值结合其内置的所述发电装置的发电功率需求，控制三通阀及所述罐体储热装置的工质出口处阀门的开合。

还进一步包括：

换热器，其入口与所述集热装置的出口联通，出口与所述发电装置的工质入口联通。

所述罐体储热装置的内部和/或外部设置有适于工质流动的管路，所述管路为盘管和/或夹套。

所述加热通道为缠绕在所述罐体储热装置外壁的盘管。

所述工质源为储水箱，所述罐体储热装置中的工质为水，所述罐体储热装置的工质入口与所述储水箱的出口联通。

还包括凝汽器，所述凝汽器的进口与所述发电装置的工质出口联通，凝汽器的出口与所述储水箱的入口联通。

所述工质源为空气泵，所述罐体储热装置中的工质为空气，所述罐体储热装置的工质入口与所述空气泵的出口联通。

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门关闭后，控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门打开。

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门轮流打开；控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门轮流打开。

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门打开时，控制所述集热装置和/或第二加热装置继续加热所述罐体储热装置中剩余的工质。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

（1）本发明中的太阳能发电系统包括至少一个罐体储热装置，其上设置有工质入口和工质出口，所述罐体储热装置的工质入口与工质源联通，所述罐体储热装置的工质出口与所述发电装置的工质入口联通，所述罐体储热装置的工质入口和所述罐体储热装置的工质出口处设置有阀门；加热通道，入口与所述集热装置的出口联通，出口与所述集热装置的入口联通，所述加热通道为所述罐体储热装置内的工质加热；至少一个第二储热装置，所述第二储热装置的入口与所述罐体储热装置的工质出口联通，所述第二储热装置的出口与所述发电装置的入口联通；和/或至少一个第三储热装置，所述第三储热装置的入口通过三通阀与所述集热装置的出口联通，同时还通过三通阀与所述加热通道的出口联通；所述第三储热装置的出口与所述加热通道入口联通；系统还包括控制器，用于控制三通阀以及所述罐体储热装置的工质出口处设置的阀门的开合。由于采用了至少一个罐体储热装置，当由于外在条件的变化引起的输出功率的变化，如电网负载的突然变大或突然变小引起的电压骤降或者电压骤升时，可以通过罐体储热装置释放能量或者存储能量来保证电网系统的稳定运行；另外，太阳光强弱变化，引起的集热模块吸收热能的瞬时过高时，集热装置可以释放能量通过加热通道加热罐体储热装置内的工质或者释放能量给第三储热装置，保证发电功率的稳定性；太阳光强弱变化，引起的集热模块吸收热能的瞬时过低时，会有至少一个罐体储热装置、或者第二储热装置和/或第三储热装置来输出高温工质给发电装置，保证发电功率的稳定性。

（2）本发明中的太阳能发电系统，通过将发电装置的工质出口与至少一个所述第二储热装置的入口联通，提高了发电装置中的汽轮机的效率。

（3）本发明中的太阳能发电系统，通过第四三通阀的一个输入端口与所述集热装置的出口联通；一输入端口与所述第二储热装置的出口联通，输出端口与所述发电装置的工质入口联通，可以通过控制第四三通阀的开关状态，合理的选择集热装置的高温工质和第二储热装置的高温工质是否进入到发电装置的工质入口，以保证发电装置的发电功率的稳定性。

（4）本发明中的太阳能发电系统，通过设置流量阀于集热装置的出口和第一三通阀门之间，可以控制集热装置输出的高温工质进入到第二储热装置的量，进而保证进入到发电装置工质入口的高温工质的量能够保持恒定；和/或集热装置的出口和三通阀之间，实现调整集热装置输出的高温工质进入到发电装置工质入口的量，保证发电功率的稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明太阳能发电系统一个实施例的结构示意图；

图2为本发明太阳能发电系统一个实施例的结构示意图；

图3为本发明太阳能发电系统一个实施例的结构示意图；

图4为本发明太阳能发电系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。

实施例1

本实施例提供一种太阳能发电系统，如图1所示，包括：集热装置1，吸收太阳光的能量以加热其内部的吸热工质，输出高温工质；发电装置3，有汽轮机（图中ST）和发电机组成，本申请中将所述汽轮机的工质入口定为所述发电装置3的工质入口，所述汽轮机的工质出口定为所述发电装置3的工质出口，所述发电装置3在高温工质的驱动下发电；还包括：至少一个罐体储热装置9a，其上设置有工质入口和工质出口，所述罐体储热装置9a的工质入口与工质源8联通，所述罐体储热装置9a的工质出口与所述发电装置1的工质入口联通，所述罐体储热装置9a的工质入口和所述罐体储热装置的工质出口处均设置有阀门10b和10c。

系统还包括加热通道，入口与所述集热装置1的出口联通，出口与所述集热装置1的入口联通，所述加热通道为所述罐体储热装置9a内的工质加热；系统还进一步包括至少一个第二储热装置，所述第二储热装置的入口与所述罐体储热装置1的工质出口联通，所述第二储热装置的出口与所述发电装置3的入口联通；和/或至少一个第三储热装置，所述第三储热装置的入口通过三通阀与所述集热装置1的出口联通，同时还通过三通阀与所述加热通道的出口联通；所述第三储热装置的出口与所述加热通道入口联通；系统还包括控制器，用于控制三通阀以及所述罐体储热装置的工质出口处设置的阀门的开合。

图1所示的太阳能发电系统中，包括三个罐体储热装置（9a、9b、9c），如图中所示的罐体储热装置，三个罐体储热装置（9a、9b、9c）之间通过管道联通。对于每个罐体储热装置，所述加热通道为缠绕在所述罐体储热装置外壁的盘管。从图中可以看出，对于所述加热通道来说，其入口处也可以设置阀门10a，可以控制进入所述加热通道内的热量，从而控制所述加热通道传递给所述罐体储热装置的热量。如图，所述加热通道的出口通过三通阀4f和泵5b之后与所述集热装置的入口联通。

通过上述方案的记载内容，可知所述发电装置3的工质入口可以同所述集热装置1的出口联通也可以不连通，虽然图1中所示二者之间处于联通状态，但是所述发电装置3是可以单独在所述罐体储热装置输出的高温工质驱动下发电的，因此所述发电装置3的工质入口可以不必与所述集热装置1的出口相连。

作为可选的实施方式，所述第二储热装置中，包括至少一个固体储热装置6；所述第二储热装置中的至少一个所述固体储热装置6的入口与所述罐体储热装置（9a、9b、9c）的工质出口联通，出口与所述发电装置3的工质入口联通； 

本实施例中，如图1所示，所述第三储热装置中包括至少一个固体储热装置6；所述第三储热装置中的至少一个固体储热装置6的入口通过所述第一三通阀4b与所述集热装置的出口联通，同时还通过所述第二三通阀4d与所述加热通道的出口联通；出口与所述加热通道入口联通。所述第二储热装置中还进一步包括至少一个熔融盐储热装置11；所述熔融盐储热装置11的入口通过第三三通阀4e与所述第二储热装置中的所述固体储热装置6的出口联通，同时与所述加热通道的出口联通；所述熔融盐储热装置11的出口与所述加热通道的入口联通。

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门关闭后，控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门打开。并且，由于有至少一个罐体储热装置，所以所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门轮流打开；控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门轮流打开。所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门打开时，所述控制器控制相应的阀门打开或者关闭，控制所述集热装置和/或第二加热装置继续加热所述罐体储热装置中剩余的工质。

本实施例中，由于采用了至少一个罐体储热装置，当由于外在条件的变化引起的输出功率的变化，如电网负载的突然变大或突然变小引起的电压骤降或者电压骤升时，可以通过罐体储热装置释放能量或者存储能量来保证电网系统的稳定运行；另外，太阳光强弱变化，引起的集热模块吸收热能的瞬时过高时，集热装置可以释放能量通过加热通道加热罐体储热装置内的工质或者释放能量给第三储热装置，保证发电功率的稳定性；太阳光强弱变化，引起的集热模块吸收热能的瞬时过低时，会有至少一个罐体储热装置、或者第二储热装置和/或第三储热装置来输出高温工质给发电装置，保证发电功率的稳定性。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，做如下改进，如图2所示，所述发电装置3的工质出口与至少一个所述第二储热装置的入口联通。从图中可以看出，所述发电装置3的工质出口通过阀门4g后与固体储热装置6的入口联通。

如图2所示，本实施例中的太阳能发电系统还进一步包括第四三通阀4a，所述第四三通阀4a的一输入端口与所述集热装置的出口联通，一输入端口与所述第二储热装置的出口联通，输出端口与所述发电装置3的工质入口联通。

进一步包括流量阀2，设置于所述集热装置的出口和所述第一三通阀门4b之间，作为可以选择的实施方式，所述流量阀2还可以设置于所述集热装置的出口和所述三通阀4a之间。可以通过控制苏所述第四三通阀4a以及所述流量阀2的开关状态，合理的选择所述集热装置1的高温工质和所述第二储热装置的高温工质是否进入到所述发电装置3的工质入口，以保证发电装置的发电功率的稳定性。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上做如下改进，如图3所示，还进一步包括与所述控制器实现数据通讯的温度传感器101和/或压力传感器102，测量所述集热装置1的出口输出的高温工质的温度和/或压力；

所述控制器接收所述温度传感器101和/或压力传感器102的测量值结合其内置的所述发电装置的发电功率需求，控制所有的三通阀及所述罐体储热装置的工质出口处阀门的开合。

实施例4

本实施例在上述任一个实施例的基础上做如下改进，如图4所示，还进一步包括换热器14，其入口与所述集热装置1的出口联通，出口与所述发电装置3的工质入口联通。所述罐体储热装置的内部和/或外部设置有适于工质流动的管路，所述管路为盘管和/或夹套。

作为可实施的方式，所述工质源8为储水箱，所述罐体储热装置中的工质为水，所述罐体储热装置的工质入口与所述储水箱的出口联通，从图4中可以看出，还包括凝汽器7，所述凝汽器7的进口与所述发电装置3的工质出口联通，所述凝汽器7的出口与所述储水箱8的入口联通。

作为另一种可以实施的方式，所述工质源8为空气泵，所述罐体储热装置中的工质为空气，所述罐体储热装置的工质入口与所述空气泵的出口联通。

需要说明的是，本申请中附图中没有给出控制器所述控制器可以为上位机，所述控制器可以通过无线通信的方式或者通过电缆连接的方式控制各个阀门的开闭。在图中可以看出，在三通管路处，均设置有三通阀（4f、4g），而这些三通阀的开闭都可以通过控制器进行控制，控制的目的就是为了保证发电系统的发电功率的稳定性。

并且，在图中还可以看到有若干泵（5a、5b、5c、13）采用这些泵是为了能够保证工质的流通，与本发明的发明点关联不大，因此在此不作详述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种太阳能发电系统，包括：

集热装置，吸收太阳光的能量以加热其内部的吸热工质，输出高温工质；

发电装置，在高温工质的驱动下发电；

其特征在于，还包括：

至少一个罐体储热装置，其上设置有工质入口和工质出口，所述罐体储热装置的工质入口与工质源联通，所述罐体储热装置的工质出口与所述发电装置的工质入口联通，所述罐体储热装置的工质入口和所述罐体储热装置的工质出口处设置有阀门；

加热通道，入口与所述集热装置的出口联通，出口与所述集热装置的入口联通，所述加热通道为所述罐体储热装置内的工质加热；

至少一个第二储热装置，所述第二储热装置的入口与所述罐体储热装置的工质出口联通，所述第二储热装置的出口与所述发电装置的入口联通；

和/或至少一个第三储热装置，所述第三储热装置的入口通过三通阀与所述集热装置的出口联通，同时还通过三通阀与所述加热通道的出口联通；所述第三储热装置的出口与所述加热通道入口联通；系统还包括控制器，用于控制三通阀以及所述罐体储热装置的工质出口处设置的阀门的开合。

2.根据权利要求1所述太阳能发电系统，其特征在于：

所述发电装置的工质出口与至少一个所述第二储热装置的入口联通。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于：

其包括至少两个所述罐体储热装置，所述罐体储热装置之间通过管道联通。

4.根据权利要求1-3任一所述的太阳能发电系统，其特征在于：

所述第二储热装置和/或所述第三储热装置中，包括至少一个固体储热装置；

所述第二储热装置中的至少一个所述固体储热装置的入口与所述罐体储热装置的出口联通，出口与所述发电装置的工质入口联通；

和/或所述第三储热装置中的至少一个固体储热装置的入口通过所述第一三通阀（4b）与所述集热装置的出口联通，同时还通过所述第二三通阀（4d）与所述加热通道的出口联通；出口与所述加热通道入口联通。

5.根据权利要求4所述的太阳能发电系统，其特征在于：

所述第二储热装置中还进一步包括至少一个熔融盐储热装置；

所述熔融盐储热装置的入口通过第三三通阀（4e）与所述第二储热装置中的所述固体储热装置的出口联通，同时与所述加热通道的出口联通；所述熔融盐储热装置的出口与所述加热通道的入口联通。

6.根据权利要求1-5任一所述太阳能发电系统，其特征在于：

还进一步包括：

三通阀（4a），一输入端口与所述集热装置的出口联通；一输入端口与所述第二储热装置的出口联通，输出端口与所述发电装置的工质入口联通。

7.根据权利要求6所述太阳能发电系统，其特征在于：

进一步包括：

流量阀（2），设置于所述集热装置的出口和所述第一三通阀门（4b）之间；和/或所述集热装置的出口和所述三通阀（4a）之间。

8.根据权利要求1-7任一所述太阳能发电系统，其特征在于：

还进一步包括与所述控制器实现数据通讯的温度和/或压力传感器，测量所述集热装置的出口输出的高温工质的温度和/或压力；

所述控制器接收所述温度和/或压力传感器的测量值结合其内置的所述发电装置的发电功率需求，控制三通阀及所述罐体储热装置的工质出口处阀门的开合。

9.根据权利要求1-8任一所述的太阳能发电系统，其特征在于：

还进一步包括：

换热器，其入口与所述集热装置的出口联通，出口与所述发电装置的工质入口联通。

10.根据权利要求1-9任一所述的太阳能发电系统，其特征在于：

所述罐体储热装置的内部和/或外部设置有适于工质流动的管路，所述管路为盘管和/或夹套。

11.根据权利要求1-10任一所述太阳能发电系统，其特征在于：

所述加热通道为缠绕在所述罐体储热装置外壁的盘管。

12.根据权利要求1-11任一所述的太阳能发电系统，其特征在于：

所述工质源为储水箱，所述罐体储热装置中的工质为水，所述罐体储热装置的工质入口与所述储水箱的出口联通。

13.根据权利要求12所述的太阳能发电系统，其特征在于：

还包括凝汽器，所述凝汽器的进口与所述发电装置的工质出口联通，凝汽器的出口与所述储水箱的入口联通。

14.根据权利要求1-11任一所述太阳能发电系统，其特征在于：

所述工质源为空气泵，所述罐体储热装置中的工质为空气，所述罐体储热装置的工质入口与所述空气泵的出口联通。

15.根据权利要求1-14任一所述太阳能发电系统，其特征在于：

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门关闭后，控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门打开。

16.根据权利要求15所述的太阳能发电系统，其特征在于：

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门轮流打开；控制所述罐体储热装置的工质入口处的阀门轮流打开。

17.根据权利要求16所述太阳能发电系统，其特征在于：

所述控制器控制所述罐体储热装置的工质出口处的阀门打开时，控制所述集热装置和/或第二加热装置继续加热所述罐体储热装置中剩余的工质。

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