[发明专利]一种具有复合抛物面聚光器的塔式太阳能热发电系统

说明书

本发明提供一种具有复合抛物面聚光器的塔式太阳能热发电系统，利用非成像聚光器的独特聚光性能，在塔式太阳能热发电系统的塔顶接收器处放置一个复合抛物面聚光器，可以延长系统的工作时间、提高太阳能热发电系统的聚光效率从而提高系统效率、或者降低定日镜的跟踪精度。本发明适用于塔式太阳能热发电系统中，为提高塔式太阳能热发电系统的效率提供了条件。

技术领域

本发明涉及太阳能热发电的技术领域，具体涉及一种具有复合抛物面聚光器的塔式太阳能热发电系统，其为可以提高塔式太阳能热发电系统的聚光效率或降低跟踪精度的聚光器件。

背景技术

能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已经严重影响人们的生活和制约社会的发展，因此各国竞相开展水能、风能、太阳能等清洁和可再生能源的应用研究。其中，利用太阳能发电是解决当前能源、资源和环境等问题的一种有效途径。光伏发电和太阳能热发电是比较成熟的太阳能发电技术，而由于聚光类太阳能热发电效率比光伏发电更高，更具有应用前景。美国Sunlab联合实验室的研究表明，到2020年前后，太阳能热发电成本约为5美分/kWh，从而可能成为实现大功率发电、替代常规能源的最经济手段之一。

现有的聚光类太阳能热发电有：塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电、碟式太阳能热发电。其中，塔式太阳能热发电系统是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶端的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动发电机组发电，从而将太阳能转化为电能。该系统将太阳能集热系统和汽轮发电机组相结合，因此太阳能热发电的系统效率是集热效率和热机效率的乘积。

太阳能热发电系统的集热效率为：

式中，T_r为集热器运行温度，T_a为周围环境温度，单位为K；I_a为太阳能直射辐照度，W/m²；η_o为聚光系统的光学效率；h′为集热器对流和热传导综合传热系数，W/(m²·K)；C为聚光系统的聚光比；ε为吸收器表面发射率；σ_B为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，σ_B＝5.6696×10^-8W/(m²·K⁴)。可以看出，聚光效率与I_a、η_o、C、h′、T_r以及T_a有关系。我们可以通过提高集热器的聚光比C来改善塔式太阳能热发电系统的系统效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有复合抛物面聚光器的塔式太阳能热发电系统，提高系统的聚光效率或者降低定日镜跟踪系统的跟踪精度，从而降低太阳能热发电系统的发电成本或者一次投资成本。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种具有复合抛物面聚光器的塔式太阳能热发电系统，包括定日镜场、塔、复合抛物面聚光器、接收器，定日镜场实时跟踪太阳、反射太阳光到塔顶，在塔顶的接收器处放置一个复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器将反射光的太阳光进行第二次聚光到接收器，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动发电机组发电，从而将太阳能转化为电能；其中，复合抛物面聚光器的内壁反射以聚光器最大接收角入射的光线到聚光器的出口边缘处、反射在最大接收角以内的光线到出口中间，相当于进行了第二次聚光，提高聚光系统的聚光效率，从而提高系统的效率，并在一天早晚和阴天的时候延长了系统的工作时间；而由于其特殊的聚光特性，在相同情况下，采用复合抛物面聚光器的系统相较于未采用的系统，可以降低定日镜跟踪系统的跟踪精度。

其中，所有以不大于复合抛物面聚光器最大接收角入射的光线都能被复合抛物面聚光器聚光到接收器上，复合抛物面聚光器的理论几何聚光比为：

其中，是复合抛物面聚光器最大接收角。