[发明专利]一种基于双腔体式集热器的高效塔式太阳能热发电系统及方法

说明书

本发明属于太阳能光热发电技术领域，具体涉及一种基于双腔体式集热器的高效塔式太阳能热发电系统。现有的塔式太阳能热发电系统的热效率较低。本发明包括集热塔，其特点是：还包括近太阳定日镜场，远太阳定日镜场，安装在集热塔顶部的汽水分离器，以及安装在集热塔上的上腔体式集热器和下腔体式集热器；近太阳定日镜场、集热塔和远太阳定日镜场在水平方向上依次排列；上腔体式集热器的入口与给水管道连通，上腔体式集热器的出口连接到汽水分离器的入口；汽水分离器的饱和蒸汽出口连接到下腔体式集热器的入口，该汽水分离器的饱和水出口连接到给水管道上，下腔体式集热器的出口与过热蒸汽管道连通。本发明系统热效率高，提高系统聚焦的准确度。

技术领域

本发明属于太阳能光热发电技术领域，具体涉及一种基于双腔体式集热器的高效塔式太阳能热发电系统及方法。

背景技术

塔式太阳能热发电是太阳能热发电的形式之一，其系统本质上是一种集中式系统。大量大型反射镜构成的定日镜场布置在开阔的场地上，各个反射镜都匹配相应的跟踪系统，精确反射太阳辐射光聚焦到布置在高塔顶部的集热器上，将光能转换成热能，直接或间接得到高温高压的水蒸汽，最后通过汽轮机做功，产生电能。

塔式太阳能热发电系统中，集热器是电站的主要设备。目前塔式电站集热器根据几何结构主要有两种形式：外置圆柱式集热器和腔体式集热器。外置圆柱式集热器的优点是充分利用吸收塔四周的土地面积，提高土地的使用率和聚光比；缺点是高温集热器直接暴露在空气中与外界辐射损失和对流损失较大。腔体式集热器的优点是基于黑体小孔原理，光线通过集热器开口进入集热器内后基本不会反射出去，并且集热器内的吸热管不会直接暴露在空气中，辐射和对流损失小；缺点是其相应定日镜场的跟踪控制系统复杂，且只能是扇形布置，集热器背面的区域无法利用。

在采用水/蒸汽作为传热介质的电站中，给水在集热器中历经预热——蒸发——过热三个过程变为高温高压的过热蒸汽。当采用外置圆柱式集热器时，集热器本身热损失大；并且预热——蒸发——过热三个过程通过单程模式完成，导致系统启动复杂；当采用腔体式集热器时，通常采用汽包将蒸发和过热过程分开，但三个过程集中在一个腔体内，电站定日镜场的跟踪控制系统复杂，并且很难单独准确控制蒸发区域和过热区域集热器吸热管表面的辐射能量，同时其启动时间较长。

现在也有其他结构的塔式太阳能热发电系统，如专利号为 US8，181，641的美国专利中，公开了一种直接产生过热蒸汽的塔式电站系统，采用腔体式集热器，设置蒸发器和过热器作为独立的换热器，提高集热器内的水动力稳定性；但是此结构电站容量受到集热器开口大小限制，当增大电站容量时，只能将更多的定日镜放置到距离集热塔更远的位置，则势必加大定日镜场的跟踪控制系统难度，且远处的定日镜余弦效率较低导致整个定日镜场的效率降低。又如公开日为2015年05月13日，公开号为CN104612920A的中国专利中，公开了一种塔式太阳能高低温互补发电系统，该塔式太阳能高低温互补发电系统包括高温发电系统和低温补偿系统，高温发电系统包括高塔、设置在高塔顶端的太阳能接收器、汽轮发电机、凝汽器和定日镜，定日镜将太阳光反射到太阳能接收器上，太阳能接收器将接收到的太阳光转变为高温热能，虽然能大幅减少投资和运行成本，节约用地，但是热效率不高，且系统聚焦的准确度不高。

综上所述，目前还没有一种采用腔体式集热器使得系统辐射和对流散热损失小，提高系统热效率；同时充分利用集热塔四周的土地面积，合理布局定日镜场的占地面积，提高系统聚焦的准确度的塔式太阳能热发电系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于双腔体式集热器的高效塔式太阳能热发电系统及方法，采用腔体式集热器使得系统辐射和对流散热损失小，提高系统热效率；同时充分利用集热塔四周的土地面积，提高定日镜场的效率并降低定日镜场的跟踪控制难度；合理布局定日镜场的占地面积，提高系统聚焦的准确度，增强集热器内吸热管表面辐射能量的均匀分布。