[发明专利]真空吸热管吸热器的塔式太阳能热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔式太阳能热发电系统，特别涉及利用真空吸热管为吸热器的塔式太阳能热发电系统。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。塔式太阳能热发电装置基本原理是利用众多的定日镜，将太阳辐射反射到置于塔上的太阳能接收器上，借助加热工质产生过热蒸汽或高温空气，驱动发电机组，产生电能。高温太阳能吸热器是塔式热发电系统的核心部件。国外围绕此项技术进行了诸多研究，主要集中在美国、西班牙、德国、以色列、澳大利亚、韩国等。其中采用朗肯循环的太阳能热发电系统的发电工质为水蒸汽，将经定日镜场聚集得到的高能流密度太阳能转化为满足汽轮机运行的高品质水蒸汽，通常的技术途径有直接方式和间接方式两种。直接方式是指将太阳能聚集至水/蒸汽吸热器内获得高品质蒸汽，间接方式是指将太阳能聚集至非水工质的吸热器内，如熔融盐吸热器、空气吸热器、钠吸热器、油吸热器等，再经过热交换设备获得高品质蒸汽。

采用水/蒸汽为工质的太阳能热发电站无需二次热转换，具有系统简单和效率较高等优点，是世界各国都重视发展的技术方式之一。欧洲专利EP2428999A1公开了一种利用自然循环方式获得饱和蒸汽的太阳能热发电系统。美国专利US2008078378-A1公开了一种蒸汽发生器和蒸汽过热器分开受热的水/蒸汽吸热器，其中过热器采用了螺旋管为吸热管，蒸汽过热器布置在投入的聚光辐射能流密度较低的区域，而蒸汽发生器布置在投入的聚光辐射能流密度较高的区域。专利WO20110303331A2公开了一种塔式太阳能热发电系统，其特点为采用水/蒸汽吸热器和熔融盐吸热器，水/蒸汽吸热器的蒸汽发生器和蒸汽过热器分开布置，蒸汽发生器布置在吸热器的外部围城一个空腔，腔内布置蒸汽过热器以降低蒸汽过热过程的热损失，熔融盐吸热器布置在地面。定日镜场为圆周布置，部分定日镜会聚的太阳能辐射通过下反式二次反射面再一次反射和会聚至布置于地面的熔融盐吸热器内，部分定日镜将太阳能辐射能会聚至蒸汽过热器内，部分定日镜将太阳能辐射能会聚至蒸汽发生器上。

发明内容

本发明的目的是克服现有水/蒸汽吸热器热效率低、对聚光系统精度要求高、安全性差的不足，提出一种以真空吸热管为吸热器的塔式太阳能热发电系统。

本发明的塔式太阳能热发电系统以水、饱和蒸汽和过热蒸汽为传热流体，包括有定日镜、支撑塔、吸热器、蓄热系统、汽轮机和发电机等主要设备及辅机设备，如泵等。本发明以水、饱和蒸汽和过热蒸汽为传热流体，获得的高温高压蒸汽可以直接用于汽轮机发电，避免了中间传热流体的使用，提高了系统的热转换效率。

所述的定日镜为塔式太阳能热发电站的聚光装置。定日镜以支撑塔为参照布置于地面，定日镜的排布方式可以扇形布置、矩形布置或圆周布置，以将太阳能高效率的会聚至吸热器表面。

所述的支撑塔用于支撑吸热器及其管路系统，通常由钢结构或钢筋混凝土制作而成。对于扇形布置的定日镜场，支撑塔布置于扇形定日镜场的一侧中心，对于圆周型布置的定日镜场支撑塔布置于定日镜场的中心，其布置原则为实现定日镜场的全年聚光效率最高。

所述的吸热器由多根真空吸热管组成。多根真空吸热管之间留有孔隙，在吸收太阳聚光辐射能流方向上至少布置两排真空吸热管以保证太阳能的充分吸收。多根真空吸热管间采用焊接连接，按照传热流体的流动方向可以为串联连接或并联连接。

所述的真空吸热管是太阳能热发电站的核心吸热元件。真空吸热管由金属内管、玻璃外管、玻璃金属封接环等组成，金属内管位于真空吸热管的内层，玻璃外管位于真空吸热管的外层，金属内管与玻璃外管的轴线重合，玻璃金属封接环位于真空吸热管的两端部，玻璃金属封接环一端与金属内管焊接，一端与玻璃外管焊接，金属内管外壁面与玻璃外管内壁面及玻璃金属封接环外壁面共同形成一空腔，该空腔内抽取真空，形成真空夹层。金属内管的外表面涂有选择性吸收涂层，具备在太阳光光谱范围具有较高的吸收比，而在红外波段内具有较低的发射比。多根真空吸热管可通过对金属内管的焊接实现串联连接，将多根真空吸热管的金属内管与联箱或主管道焊接可实现真空吸热管的并联连接。吸热器设有上下两个联箱，实现真空吸热管间的并联。