[发明专利]一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的碟式太阳能热电联供系统，属于太阳能热利用领域。

背景技术

目前，我国尚有7656万无电人口，16个无电县，828个无电乡和29783个无电村。由于这些县城、村镇及散居牧户地处边远，远离电网，用电负荷小而且分散。特别是西藏大多数农牧民的生活用能高度依靠生物质能，薪柴、草皮、小灌木、畜粪和秸秆等生物质能利用量约占全部能源需求量的50%。许多地区仍然以烧柴为主，致使生物质能利用量超出合理利用量，荒漠化面积逐步扩大，草场面积不断减少，部分地区森林采育失调，灾害频繁，生态环境面临严重威胁。

太阳能具有资源分布普遍的优势，尤其对于我国西部地区正好处于资源丰富地区，采用分布式太阳能热电联供技术是最现实的选择。太阳能热发电由于可以采用低成本大规模的蓄热技术，因此与太阳能光伏发电相比，太阳能热发电可通过蓄热解决太阳能资源与需求不匹配的矛盾，更适合分布式能源的需求。

发电单元是太阳能热电联供系统的关键技术之一。国外的太阳能热发电系统一般采用传统蒸汽轮机作为发电单元，但是蒸汽轮机单机很难做小，对于我国来说，最小蒸汽轮机的发电功率是800kW,无法适应我国分布式太阳能发电的需求。单螺杆膨胀机技术是一种能利用余热发电的热机的技术，其原理是蒸汽进入机内齿槽，推动螺杆转动。随着螺杆转动，齿槽间的容积逐渐增大，介质降压降温膨胀做功，最后从齿槽末端排出。功率从主轴螺杆输出，驱动发电机发电。单螺杆膨胀机的功率可以在3kW～2000kW之间，正好弥补了蒸汽轮机单机功率很难做小的缺陷。蒸汽轮机的蒸汽只能是过热蒸汽或饱和蒸汽，而单螺杆膨胀机可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相流体或热液。另外，单螺杆膨胀机可以通过采用不同沸点的工质，其使用温度范围可从70℃到250℃，因此单螺杆膨胀机是一种中低温发电设备，特别适合上述分布式太阳能热电联供系统适用。与传统的蒸汽轮机相比，单螺杆膨胀机具有以下优点：1、结构简单，运动部件少；2、受力平衡，易于维修；3、运转平稳，噪音低；4、部分负荷下的效率高；5、可靠性高，维护费用低；6、适用于饱和蒸汽或者过热蒸汽状态，并且对给水的品质要求不高。

发明内容

本发明的目的是设计一套适用于分布式热电联供的高效、环保、稳定可靠的太阳能热电联供系统，克服原有的斯特林发动机所带来的润滑和可靠性问题，并通过熔盐蓄热解决太阳能资源与需求不匹配的矛盾。该系统的特点在于：1、采用熔盐作为传热蓄热工质，将碟式聚光镜聚集的热量传递和储存，具有运行温度宽、运行压力低的特点；2、采用单螺杆膨胀机，效率高、结构简单、噪声低、寿命长、工质适应性强，适用于中低温的太阳能分布式发电系统。

一种基于单螺杆膨胀机和熔盐的碟式太阳能热电联供系统，包括加热盘管1、储盐罐2、熔盐加热器3、单螺杆膨胀机4、发电机5、回热器6和热水交换器7、工质循环泵8、熔盐泵9和碟式聚光器10：太阳辐射经过碟式聚光器10聚焦至加热盘管1内加热流过的熔盐，加热后的熔盐一部分储存在与加热盘管1相连的储盐罐2内用于夜间和阴雨天的发电和供热，另一部分进入与加热盘管1相连的熔盐加热器3加热循环工质；熔盐加热器3的出口与单螺杆膨胀机4相连，循环工质被加热后变成蒸汽，进入单螺杆膨胀机4膨胀做功，单螺杆膨胀机4连接至发动机5带动发动机5发电；单螺杆膨胀机4内膨胀后的乏汽沿着管路进入回热器6预热进入熔盐加热器3前的循环工质后，进入热水换热器7冷凝为液态，液态循环工质通过工质循环泵8加压进入熔岩加热器3开始下一次循环。热水换热器7内加热后的热水通过管道进入住户，向其提供采暖、生活热水等生活所需。

所述的碟式聚光器10为一台或多台并联同程安装。

所述的循环工质采用有机工质或水。

本发明设计的太阳能热电联供系统中，熔盐作为高温的传热蓄热工质吸收碟式太阳能聚光镜汇集的热量，工作温度在200～500℃，热容量大、储热密度可以达到1000MJ/m³；单螺杆膨胀机作为动力机，结构简单、工作可靠、适应性广，循环工质可以采用有机工质，也可以采用水。该系统总效率根据蓄热规模、供热形式和供热温度，热利用效率可达到80%～90%，具有体积小、效率高、寿命长和良好的性价比。

本发明设计的太阳能热电联供系统中，单螺杆发动机4可根据实际功率和运行压力的需求设计为单级形式或多级形式，多级系统可设计为串联、并联或混联等结构。单螺杆膨胀机选用非金属—金属螺杆星轮转子副，振动小，寿命长。