[发明专利]太阳能碟式斯特林系统的储能方法及其装置

说明书

本发明公开了一种太阳能碟式斯特林系统的储能方法和装置。在斯特林集热器内填装金属氧化物，经过聚焦的太阳能进入集热器，一部分能量则传递给斯特林发动机热头，供其做功；一部分能量用于提高金属氧化物温度。当太阳能充足时，当温度上升到反应温度时，金属氧化物开始分解并吸收富足的热量。当太阳能不足，集热器内温度开始降低时，金属氧化物与集热器腔体内的氧气发生反应，释放热量，供给斯特林发动机。并且为提高金属氧化物对斯特林热头的传热速率，在金属氧化物和斯特林热头之间增设热管。本发明缓解了太阳光不稳定导致发电功率波动甚至停机的缺点，提高输出电品质，减小对电网的冲击，提高了系统效率。

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种太阳能碟式斯特林系统的储能方法及其装置。

背景技术

全球太阳能辐射总量约1.7×1017W，其中我国约占1％(1.8×1015W，相当于1.9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍。电力是世界上消耗量最大的二次能源，太阳能发电技术是缓解当前能源危机的有效手段，应用前景极广。

太阳能发电技术主要分为光伏发电和光热发电两大类。光伏发电主要是利用光伏电池板的光电效应进行发电。该技术目前主要存在三大缺点：(1)发电功率随太阳光强度变化而变化，在晚上和阴雨天完全不能发电，对电网冲击大；(2)太阳光流密度低，单位发电容量所需的光伏电池板面积大，而光伏电池板制造过程污染严重、成本很高；(3)光伏电池板对太阳能光谱的响应波段主要集中在高频短波区域(400<λ<1100nm)，低频长波区域的能量则大部分转化为热量，致使光伏电池板温度升高、光电转换效率降低、使用寿命缩短。采用聚光光伏发电方法可以成倍减少光伏电池板的使用面积、采用薄膜分频方法将太阳光中的低频长波分离后再照射光伏电池板，是目前光伏发电技术的两个重要方向；对于昼夜不连续的问题，光伏发电技术本身难以克服，主要依靠蓄电池或蓄能发电系统(如蓄能水电站等)配套补充，成本很高。

光热发电技术是主要是利用抛物面反射镜(或菲涅尔镜)将太阳光聚集起来，通过光热转换及换热装置产生蒸汽或加热流体驱动发动机(如汽轮机、斯特林机等)进行发电；其优点在于该技术可吸收全波段的太阳光、可通过蓄热实现昼夜连续发电。太阳能热发电主要有槽式热发电、线性菲涅尔热发电、塔式热发电和碟式热发电技术。太阳能热发电常配备一定的储热系统，使得输出电功率稳定可控。目前常见的蓄热方法根据能量的储存形式不同，可以分为以下几类：显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种。显热蓄热是利用蓄热材料自身温度的上升或者下降来存储或释放热量。这种蓄热方式在几种蓄热方式中原理最简单、技术最成熟，应用也是最广泛的，但蓄热量相对较低。潜热蓄热是利用蓄热介质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中吸收或放出相变潜热的原理进行蓄热。该方式具有蓄热密度大，充、放热过程温度波动范围小等优点，但相变材料一般不能兼做载热介质，系统中需要设计独立的热交换器，且相变材料可能会对容器壁有腐蚀。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的反应热来储存热能，储热密度在这三种方式中最高。

碟式热发电系统的特点是发电效率高，耗水量少，单机容量较小，一般在5～25kW之间，运用方式灵活(可单独发电也可大规模集成)，适合建立分布式能源系统，特别是在农村或一些偏远地区，具有更强的适应性。对于小容量(1-100kWe)发电而言，碟式-斯特林热发电系统被认为是经济性最好的，因而碟式热发电系统受到越来越多研究者的关注。碟式-斯特林热发电系统通常由一个或多个旋转抛物面镜组成，每个抛物面镜配有单独的斯特林机和发电机，既可单独发电，也可组成大规模的碟式镜场进行发电。该系统采用双轴跟踪方式，聚光比高，目前其峰值发电效率可达31.25％，为所有光热发电方式中最高。

但是目前的碟式缺乏储能，并没有将太阳能热发电的优势充分发挥出来。当太阳有云遮挡时，碟式斯特林系统的输入能量瞬间减少，从而引起斯特林发动机输出功率减少，甚至停机，若是大规模电站将对电网造成不小的冲击。而且当太阳下山时，该系统也不得不停止运行。

发明内容