CN109442771A - 太阳能储热装置及光热发电*** - Google Patents

太阳能储热装置及光热发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能储热装置及光热发电***，其中，该装置包括：储热组件用于存储太阳能集热器的载热流体；混合器与储热组件通过多个外输管道相连；多个温度检测装置分别设置于多个外输管道的入口，以检测载热流体的当前温度；多个开关组件的每个开关组件一一对应设置于外输管道上；控制器分别于多个温度检测装置和多个开关组件相连，以根据当前温度获取多个外输管道的每个外输管道的当前目标流量，并根据当前目标流量控制对应的开关组件的开度。该储热装置实现了储热装置对外的能量稳定输出，有效地解决太阳能光热发电***长期变工况低效运行的现存问题，消除了发电***功率波动对电网的严重冲击，并且结构简单、安全可靠、适用范围广。

Description

太阳能储热装置及光热发电***
技术领域
本发明涉及太阳能储热技术领域，特别涉及一种太阳能储热装置及光热发电***。
背景技术
太阳的光照条件会因季节、时间和天气等因素的影响不断变化，相关技术中的储热***(如斜温层储热、双罐直接储热和双罐间接储热)均无法避免供给发电***的载热流体温度和流量发生波动，使得发电***长期处于变工况运行状态，不仅导致发电***的热力性能严重恶化，而且会对电网产生严重冲击，带来太阳能光热发电并网困难等问题。
因此，一种能保证载热流体温度、流量等指标全年、全天候稳定输出的储热装置对于太阳能光热发电尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种太阳能储热装置。
本发明的另一个目的在于提出一种太阳能光热发电***。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种太阳能储热装置，包括：储热组件用于存储太阳能集热器的载热流体；混合器，所述混合器与所述储热组件通过多个外输管道相连；多个温度检测装置，所述多个温度检测装置分别设置于所述多个外输管道的入口，以检测所述载热流体的当前温度；多个开关组件，所述多个开关组件的每个开关组件一一对应设置于外输管道上；控制器，所述控制器分别于所述多个温度检测装置和多个开关组件相连，以根据所述当前温度获取所述多个外输管道的每个外输管道的当前目标流量，并根据所述当前目标流量控制对应的开关组件的开度。
本发明实施例的太阳能储热装置，通过在常规储热罐中设置多个外输管道，利用温度测量装置获得各外输管道入口处的载热流体实时温度，基于各入口处的实时温度，利用外输管道上的阀门精确调节各外输管道中的载热流体流量；各外输管道中的载热流体再进入混合器进行充分混合，达到设定的对外输出温度和总流量；从而实现储热装置对外的能量稳定输出，保证太阳能光热发电***高效稳定运行，并且结构简单、安全可靠、适用的储热温度、介质种类和储热容量范围广。
另外，根据本发明上述实施例的太阳能储热装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每个开关组件一一对应设置于所述多个外输管道的出口。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述混合器用于将所述每个外输管道输出的载热流体进行充分混合，以达到对外输出目标温度和目标总流量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：报警装置，所述报警装置与所述控制器相连，以在外输管道发生故障时，发出报警。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述储热组件包括一个或多个储热罐。
进一步地，在本发明的一个实施例中，开关组件为电磁阀。
可选地，在本发明的一个实施例中，温度检测装置为热电偶或热电阻。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述混合器包括搅拌装置。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述载热流体为导热油、显热储热介质或相变储热介质。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种太阳能光热发电***，包括所述太阳能储热装置中任一项的技术特征。
本发明实施例的太阳能光热发电***，通过在常规储热罐中设置多个外输管道，利用温度测量装置获得各外输管道入口处的载热流体实时温度，基于各入口处的实时温度，利用外输管道上的阀门精确调节各外输管道中的载热流体流量；各外输管道中的载热流体再进入混合器进行充分混合，达到设定的对外输出温度和总流量；从而实现储热装置对外的能量稳定输出，保证太阳能光热发电***高效稳定运行，并且结构简单、安全可靠、适用的储热温度、介质种类和储热容量范围广。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的太阳能储热装置的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的太阳能储热装置的具体结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的太阳能光热发电***的结构示意图。
附图标记说明：
100-太阳能储热装置、1-储热组件、2-混合器、3-多个温度检测装置、4-多个开关组件、5-控制器、6-外输管道、7-阀门、200-光热发电***、8-太阳能集热器、9-发电***、10-储液罐和11-循环泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的太阳能储热装置及光热发电***，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的太阳能储热装置。
图1是本发明一个实施例的太阳能储热装置的结构示意图。
如图1所示，该太阳能储热装置100包括：储热组件1、混合器2、多个温度检测装置3、多个开关组件4和控制器5。
其中，储热组件1用于存储太阳能集热器的载热流体；混合器2与储热组件通过多个外输管道相连；多个温度检测装置3分别设置于多个外输管道的入口，以检测载热流体的当前温度；多个开关组件4的每个开关组件一一对应设置于外输管道上；控制器5分别于多个温度检测装置和多个开关组件相连，以根据当前温度获取多个外输管道的每个外输管道的当前目标流量，并根据当前目标流量控制对应的开关组件的开度。本发明实施例太阳能储热装置100实现了储热装置对外的能量稳定输出，有效地解决太阳能光热发电***长期变工况低效运行的现存问题，消除了发电***功率波动对电网的严重冲击，并且结构简单、安全可靠、适用范围广。
需要说明的是，如图2所示，可实现功率稳定输出的太阳能光热发电储热装置(即太阳能储热装置100)主要由储热罐(即储热组件1)、混合器2、温度测量装置(即多个温度检测装置3)、控制单元(即控制器5)、外输管道6和阀门7等部件组成。
进一步地，在本发明的一个实施例中，每个开关组件4一一对应设置于多个外输管道6的出口。
进一步地，在本发明的一个实施例中，开关组件4为电磁阀。
可选地，在本发明的一个实施例中，载热流体为导热油、显热储热介质或相变储热介质。
具体地，控制单元5会根据载热流体在各外输管道6入口处的实时温度及设定好的对外输出温度和总流量，通过智能算法确定载热流体流量的最佳分配方案，进而向各外输管道6上的阀门7输出调节信号，控制其阀门7开度；外输管道6的阀门7为电磁阀门，根据控制单元5提供的信号调节各阀门7开度，进而精确控制各外输管道6中的载热流体流量，其中，所针对的载热流体包括但不限于导热油、熔融盐和水等显热储热介质，及具有变温特性的相变储热介质。
进一步地，在本发明的一个实施例中，混合器2用于将每个外输管道6输出的载热流体进行充分混合，以达到对外输出目标温度和目标总流量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，混合器2还包括搅拌装置。
另外，混合器2可利用载热流体温度梯度产生的密度梯度实现流体混合，并可以添加内部搅拌装置保证载热流体混合充分。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：报警装置，报警装置与控制器相连，以在外输管道6发生故障时，发出报警。
可选地，在本发明的一个实施例中，储热组件1包括一个或多个储热罐。
其中，储热罐可以是一个或多个，对储热温度、储热介质种类、储热容量和储热罐尺寸等指标均无限制。
可选地，在本发明的一个实施例中，温度检测装置3为热电偶或热电阻。
具体而言，温度测量装置3为热电偶或热电阻，在外输管道6入口处对称布置多个热电偶或热电阻，以多个热电偶或热电阻所测量温度的平均值作为载热流体在该外输管道6入口处的温度。
需要说明的是，常规储热罐1中设置多个外输管道6，利用温度测量装置3获得各外输管道6入口处的载热流体温度，利用阀门7实现外输管道6中载热流体流量的精确调节，并通过充分混合各外输管道中的载热流体，实现储热装置对外的能量稳定输出，达到太阳能光热发电***高效运行、功率稳定输出的目标。
根据本发明实施例提出的太阳能储热装置，通过在常规储热罐中设置多个外输管道，利用温度测量装置获得各外输管道入口处的载热流体实时温度，基于各入口处的实时温度，利用外输管道上的阀门精确调节各外输管道中的载热流体流量；各外输管道中的载热流体再进入混合器进行充分混合，达到设定的对外输出温度和总流量；从而实现储热装置对外的能量稳定输出，保证太阳能光热发电***高效稳定运行，并且结构简单、安全可靠、适用的储热温度、介质种类和储热容量范围广。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的太阳能光热发电***。
图3是本发明一个实施例的太阳能光热发电***结构示意图。
如图3所示，该光热发电***200包括：实现功率稳定输出的太阳能光热发电储热装置100、太阳能集热器8、发电***9、储液罐10和循环泵11。
其中，实现功率稳定输出的太阳能光热发电储热装置即太阳能储热装置100。太阳能集热器8包括但不限于塔式集热器、碟式集热器、槽式集热器、菲涅尔式集热器和平板式集热器。发电***9包括但不限于水蒸气朗肯循环、有机朗肯循环、二氧化碳布雷顿循环、斯特林循环、卡琳娜循环和闪蒸循环。
下面结合图3和具体实施例对太阳能光热发电***的工作流程进行详细描述。
1)低温的载热流体首先在太阳能集热器吸收热量，转变为高温的载热流体；然后，进入可实现功率稳定输出的太阳能光热发电储热装置100。
2)载热流体在储热罐1中温度非均匀分布，且温度分布特性会随季节、时间和天气情况等因素改变而发生变化。
3)温度测量装置3测量载热流体在外输管道6入口处的实时温度，并将温度信号传输给控制单元5。
4)控制单元5根据各外输管道6入口处的载热流体实时温度，通过智能算法确定载热流体流量的最佳分配方案，进而将调节信号传输到各阀门7。
5)阀门7根据调节信号控制阀门开度，进而实现各外输管道6中载热流体流量的精确控制。
6)外输管道6的数量可按需设计，但不能少于2个。
7)载热流体进入混合器2进行充分混合，达到设定的对外输出温度和总流量。
8)载热流体在发电***中通过温差传热将自身携带热量传输给发电工质，发电工质通过热力循环对外输出稳定功率。
9)载热流体在发电***9中释放完热量转变为低温流体，进入储液罐10；再经循环泵11驱动进入太阳能集热器8，完成一个循环。
其中，储热罐1需具有存储一定量高温载热流体的能力，以保证太阳能光热发电***连续运行，同时缓解载热流体入口温度波动对储热罐1中温度分布的影响。储液罐10需具有存储一定量载热流体的能力，以保证无光照(如夜晚)期间，循环泵11停止运行时，载热流体仍可在发电***9中传输热量，多余的载热流体可存储在储液罐10中。
需要说明的是太阳能光热发电***中的储热装置100可以是一个或者多个，可实现按需设计；对储热温度、储热介质种类、储热容量和储热罐尺寸指标等均无限制。
此外，诸如地热、生物质能、风能等可再生能源产生的热量、工业余热及补燃锅炉等产生的热量均可通过载热流体输入到储热罐1中，配合太阳能光热发电，实现多能互补。
本发明实施例还可用于太阳能供热水、太阳能驱动海水淡化、太阳能驱动化工合成，保证能量稳定输出。
需要说明的是，太阳能光热发电***包括太阳能储热装置中任一项的技术特征，故前述对装置实施例的解释说明也适用于该实施例的太阳能光热发电***，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的太阳能光热发电***，通过在常规储热罐中设置多个外输管道，利用温度测量装置获得各外输管道入口处的载热流体实时温度，基于各入口处的实时温度，利用外输管道上的阀门精确调节各外输管道中的载热流体流量；各外输管道中的载热流体再进入混合器进行充分混合，达到设定的对外输出温度和总流量；从而实现储热装置对外的能量稳定输出，保证太阳能光热发电***高效稳定运行，并且结构简单、安全可靠、适用的储热温度、介质种类和储热容量范围广。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种太阳能储热装置，其特征在于，包括：
储热组件，用于存储太阳能集热器的载热流体；
混合器，所述混合器与所述储热组件通过多个外输管道相连；
多个温度检测装置，所述多个温度检测装置分别设置于所述多个外输管道的入口，以检测所述载热流体的当前温度；
多个开关组件，所述多个开关组件的每个开关组件一一对应设置于外输管道上；以及
控制器，所述控制器分别于所述多个温度检测装置和多个开关组件相连，以根据所述当前温度获取所述多个外输管道的每个外输管道的当前目标流量，并根据所述当前目标流量控制对应的开关组件的开度。
2.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，所述每个开关组件一一对应设置于所述多个外输管道的出口。
3.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，所述混合器用于将所述每个外输管道输出的载热流体进行充分混合，以达到对外输出目标温度和目标总流量。
4.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，还包括：
报警装置，所述报警装置与所述控制器相连，以在外输管道发生故障时，发出报警。
5.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，所述储热组件包括一个或多个储热罐。
6.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，开关组件为电磁阀。
7.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，温度检测装置为热电偶或热电阻。
8.根据权利要求1所述的太阳能储热装置，其特征在于，所述混合器包括搅拌装置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的太阳能储热装置，其特征在于，所述载热流体为导热油、显热储热介质或相变储热介质。
10.一种太阳能光热发电***，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的太阳能储热装置。
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