[发明专利]多级全效太阳能热发电方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。