CN111668861B - 风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源利用领域，公开了风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***。该***包括风光发电装置、集热装置、水储能装置、制氢储能装置、超临界蒸汽发电装置和供水装置。该工作方法包括：风光发电装置提供电能；供水装置加压供水；储存在水储能装置中的水通过集热装置加热至超临界状态；制氢储能装置燃烧氢气产热并通入超临界蒸汽发电装置中；超临界状态的蒸汽膨胀做功，发电。本发明实现了风电、光伏和光热在源头上的三元互补，大大降低了能源利用环节中的能量损失，并且利用水的显热储能和制氢的物化潜热储能，利用超临界蒸汽膨胀做功发电，降低运维和投资成本，可以做长年满发运行的基础电力，满足了电网并网和调峰的要求。

Description

风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***
技术领域
本发明涉及新能源利用领域，特别是涉及一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***。
背景技术
随着科技进步及时代的发展，太阳能和风能等可再生能源的开发利用成为研究的热点。近年来，太阳能(即光热和光伏)以及风能发电的规模越来越大。但是随着装机容量的增加，同时也出现了一个弃风弃光的反向问题。主要原因之一是单独运转的风电或太阳能发电受自然环境的影响严重，发出的电力质量较低，达不到电网并网的要求，虽说近几年这方面有所改进，但电网要求也在提高。另一个原因，当电网不需要那么多并网负荷时，太阳能、风能发出的电力无处消纳，当电网需要太阳能风能电站的供电时，这种独立存在的太阳能和风能电站又不能及时供给这种调峰的负荷量。解决这个问题的方法就是“储能”，当电网不需要那么多电时，将风能和太阳能储存起来，当电网需要调峰负荷时，将储存的能量释放出来，达到电网的要求。另外，对于可再生能源发电站希望它的满发时间长，供电连续性好，但可再生能源往往受自然环境太阳的升落，阴晴天气，风大风小，有风无风的影响而不能连续，要解决能够连续满发供电这个问题，也需要采用“储能”的方法。在可再生能源充足时，将它储存起来，当可再生能源不足或消失时使用。但是，储存电能的电池成本太高，人们发明了蓄水储能的方法，也就是将风能和太阳能发出的电能带动水泵，将低位水的水抽送到高位水，也就是将已获得的电能再转变成为水的势能，当电站需调峰电力时，将高位水的势能下泄给水轮机转动，也就是将水的势能转换成水轮机的机械能，由水轮机拖动发电机将机械能转换成电能供给电网，完成风能和太阳能的储能要求。而抽水蓄能是一个大的水利工程，耗资巨大，耗时很长，而且还受地理环境的限制是否有条件蓄水，并不是一个理想的储能方式。
近期在光热发电项目中运用较多的熔盐储能，由于其良好的储热性能，被广泛的研究与应用。然而，由于熔盐的腐蚀性等原因所导致的光热项目中的熔盐泄露，虽然并未见人员的伤亡报道，但其引起的设备以及运行损失的数字触目惊心。此外，在熔盐的使用过程中，其熔点较高因此需要额外的热源去维持熔盐在传输过程中不能够凝固，此外，由于储热的容量是与储热介质的温差成正比的，因此，熔盐的熔点较高就导致储热的温差降较小，从而大大降低了它的储热效果。虽然，近期有关低熔点熔盐有见报道，但其价格极高，大大的提高了项目的投资成本，并未见大规模的应用。熔融盐的使用最大瓶颈在于其存在较大的换热损失，设备动力消耗大，设备复杂，成本较高。熔融盐的初次投资量极大，一个50兆瓦的光热电站，就需要4万吨的熔盐，以一吨熔盐4500元/吨来计算，仅熔盐就需要1.8亿元，此外还需要能够容纳4万吨熔盐的高保温储罐。所以，如此大的投资势必带来上网电价的提高。总之，使用熔盐储能，无论从经济性还是从安全性都存在着一定问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明实施例的目的是提供一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，以解决现有技术中抽水蓄能存在的耗资巨大，耗时很长，受地理环境限制以及熔盐储能存在的经济性差和安全性差的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，包括：风光发电装置、集热装置、水储能装置、制氢储能装置、超临界蒸汽发电装置和供水装置；其中，
所述风光发电装置分别与所述集热装置和所述制氢储能装置连接，用于利用风能和太阳能发电并给所述集热装置和所述制氢储能装置提供电能；
所述供水装置包括第一加压机构，所述第一加压机构与所述集热装置连接，用于对通入所述集热装置中的水加压；
所述集热装置分别与所述水储能装置和所述超临界蒸汽发电装置连接，用于将从所述水储能装置通入所述超临界蒸汽发电装置中的水加热至超临界状态；
所述制氢储能装置包括制氢机构、储氢机构和燃烧换热机构，所述制氢机构与所述供水装置连接，用于水制氢气，所述储氢机构连接在所述制氢机构和所述燃烧换热机构之间，所述燃烧换热机构还连接在所述集热装置和所述超临界蒸汽发电装置之间，用于燃烧氢气产生热量并将热量提供给所述超临界蒸汽发电装置；
所述超临界蒸汽发电装置用于利用超临界蒸汽膨胀做功发电。
其中，所述风光发电装置包括风力发电机构、光伏发电机构和配电间，所述光伏发电机构包括设置于风力发电机构的顶部和底部以及集热装置周围的光伏电池板，所述风力发电机构和所述光伏发电机构分别与所述配电间连接，所述配电间分别与所述集热装置和所述制氢储能装置连接。
其中，所述集热装置包括预热机构、饱和水加热机构和超临界蒸汽过热机构，所述第一加压机构、所述预热机构、所述饱和水加热机构、所述水储能装置、所述超临界蒸汽过热机构和所述超临界蒸汽发电装置依次连接。
其中，所述集热装置为塔式菲涅尔面聚焦集热装置，所述塔式菲涅尔面聚焦集热装置包括塔架、集热管和反射镜组，所述反射镜组和所述集热管设置于所述塔架内，所述塔架内部设置三个塔高依次下降的区域，所述超临界蒸汽过热机构、所述饱和水加热机构和所述预热机构一一对应设置于所述三个塔高依次下降的区域。
其中，所述水储能装置包括多个并联连接的储水罐，所述储水罐包括外筒体、内筒体、外保温层和内保温层，所述外筒体套设于所述内筒体的外侧，所述内保温层设置于所述外筒体与所述内筒体之间，所述外保温层设置于所述外筒体的外侧。
其中，所述超临界蒸汽发电装置为汽轮发电机，所述汽轮发电机包括超临界缸、高压缸、低压缸和发电机本体，所述超临界缸、所述高压缸和所述低压缸依次串联，并分别与所述发电机本体连接，用于驱动所述发电机本体发电。
其中，所述超临界蒸汽发电装置还包括冷凝器、冷却水塔和循环水泵，所述冷凝器的第一换热管道与所述冷却水塔连接，所述低压缸的出口通过所述冷凝器的第二换热管道与所述供水装置连接，所述循环水泵连接于所述冷却水塔和所述冷凝器之间。
其中，所述供水装置还包括依次连接的反渗透机组、离子交换器、第一换热器和软水储罐，所述反渗透机组、所述离子交换器、所述第一换热器的第一换热管道和所述软水储罐，所述燃烧换热机构通过所述第一换热器的第二换热管道与所述软水储罐连接，所述燃烧换热机构燃烧氢气产生的尾气在所述第一换热器中与给水换热。
其中，所述燃烧换热机构包括氢气燃烧器、燃烧室、风道以及多个换热单元，所述换热单元的第一换热管道串联连接在所述集热装置和所述超临界蒸汽发电装置之间，所述换热单元的第二换热管道依次串联，且所述氢气燃烧器和所述燃烧室依次连接在位于首端的所述换热单元的第二换热管道，所述风道连接于相邻两个所述换热单元的第二换热管道之间，所述换热单元的第二换热管道的出口与所述第一换热器的第二换热管道连接。
本发明实施例还公开了一种如本发明实施例的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***的工作方法，包括：
风光发电装置利用风能和太阳能发电并给集热装置和制氢储能装置提供电能；
供水装置向制氢储能装置供水，供水装置还向集热装置提供加压后的水；
集热装置对加压后的水加热至饱和，并储存在水储能装置中；
储存在水储能装置中的水再次通过集热装置加热至超临界状态，并通入超临界蒸汽发电装置中；
制氢储能装置水制氢气，或水制氢气之后燃烧氢气产热并通入超临界蒸汽发电装置中；
在超临界蒸汽发电装置中，超临界状态的蒸汽膨胀做功，发电。
(三)有益效果
本发明实施例提供的一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，采用风光发电装置利用风力发电和光伏发电为***中的用电设备提供电能，采用第一加压机构对水进行加压，集热装置采用光热集热和电加热方式对水进行加热，将加热和加压后的水储存在水储能装置；当需要用电时，通过集热装置将水加热到超临界状态后，通入超临界蒸汽发电装置，同时利用制氢储能装置燃烧氢气产生大量热能通向超临界蒸汽发电装置中，超临界蒸汽发电装置利用通入的超临界蒸汽膨胀做功发电。本发明实施例公开的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***实现了风电、光伏和光热在源头上的三元互补，大大降低了能源利用环节中的能量损失，并且利用水的显热储能和制氢的物化潜热储能，利用超临界蒸汽膨胀做功发电，降低运维和投资成本，可以做长年满发运行的基础电力，满足了电网并网和调峰的要求。
附图说明
图1为本发明实施例的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***的结构示意图；
图2为本发明实施例的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***的各个部件的结构示意图；
图3为本发明实施例塔式菲涅尔面聚焦集热装置的横向结构示意图；
图4为本发明实施例塔式菲涅尔面聚焦集热装置的纵向结构示意图；
图5为本发明实施例塔式菲涅尔面聚焦集热装置的俯视图；
图6为本发明实施例储水罐的结构示意图；
图7为本发明实施例燃烧换热机构的结构示意图；
图8为水的P-V图。
附图标记：
1：风光发电装置；101：风力发电机构；102：光伏发电机构；103：配电间；104：第一空气开关；105：第二空气开关；2：集热装置；201：预热机构；202：饱和水加热机构；203：超临界蒸汽过热机构；204：第一电压调压器；205：第二电压调压器；206：第三电压调压器；207：第一测温传感器；208：第二测温传感器；209：第三测温传感器；211：塔架；2111：悬索；2112：横梁；2113：立柱顶斜拉筋；2114：立柱；2115：反射镜支撑架；2116：左柱斜拉筋；2117：纵向斜拉筋；2118：纵向柱间连接拉筋；2119：横向斜拉筋；2120：右柱斜拉筋；214：集热管清洁器；215：反射镜组；216：镜面清洁器；217：集热管；218：牧场；219：光伏区；220：温控调节阀；3：水储能装置；301：第一储水罐；302：第二储水罐；303：第三储水罐；304：第四储水罐；305：第一电动阀；306：第二电动阀；307：第三电动阀；308：第四电动阀；309：第五电动阀；310：第六电动阀；311：第七电动阀；312：第八电动阀；316：第一压力传感器；317：第二压力传感器；318：第三压力传感器；319：第四压力传感器；4：制氢储能装置；401：制氢机构；402：储氢机构；403：燃烧换热机构；4030：超临界蒸汽出口；4031：氢气燃烧器；4032：燃烧室；4033：第一换热单元；4034：第二换热单元；4035：第三换热单元；4036：第四换热单元；4037：风道；4038：热风出口；4039：蒸汽进气口；405：第九电动阀；406：第十电动阀；407：温度调节阀；408：温度传感器；5：超临界蒸汽发电装置；501：超临界缸；502：高压缸；503：低压缸；504：发电机本体；505-1：第一冷凝器；505-2：第二冷凝器；506：冷却水塔；507：循环水泵；508：凝结水泵；6：供水装置；601：反渗透机组；602：离子交换器；603：软水储罐；604：第一供水泵；605：第二供水泵；606：第一流量调节阀；607：第二流量调节阀；608：流量传感器；609：第一换热器；7：中央配电控制单元；A1：外保温层；A2：外筒体；A3：内筒体；A4：内保温层；A5：内支撑刚栓；A6：鞍座；A7：出水口；A8：真空抽吸口；A9：进水口；A10：防热辐射填料；A11：真空表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明实施例公开了一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，包括：风光发电装置1、集热装置2、水储能装置3、制氢储能装置4、超临界蒸汽发电装置5和供水装置6。
其中，风光发电装置1分别与集热装置2和制氢储能装置4连接，用于利用风能和太阳能发电并给集热装置2和制氢储能装置4提供电能。
具体地，本实施例中的风光发电装置1为风电和光伏一体互补供电形式，产生的电能一方面用于集热装置2，另一方面用于制氢储能装置4。
其中，供水装置6包括第一加压机构，第一加压机构与集热装置2连接，用于对通入集热装置2中的水加压。
具体地，本实施例中的第一加压机构可采用第一供水泵604，将水加压至25MPa后通入至集热装置2中。
其中，集热装置2分别与水储能装置3和超临界蒸汽发电装置5连接，用于将从水储能装置3通入超临界蒸汽发电装置5中的水加热至超临界状态。
具体地，集热装置2为采用光热集热的方式，且伴随设有电加热机构，当光照强度不佳时，可利用风光发电装置1产生的电能通过电加热机构转化为热能对水进行加热。集热装置2可包括多段加热，将热量传递给水(但水的最高温度不能超过临界点温度)，然后储存在水储能装置3中。此时在水储能装置3中储存的水为经过第一供水泵604加压后、集热装置2加热后的水。当超临界蒸汽发电装置5需要发电时，集热装置2将水储能装置3中的水进一步加热到超临界状态后再通入超临界蒸汽发电装置5中。
其中，制氢储能装置4包括制氢机构401、储氢机构402和燃烧换热机构403，制氢机构401与供水装置6连接，用于水制氢气，储氢机构402连接在制氢机构401和燃烧换热机构403之间，燃烧换热机构403还连接在集热装置2和超临界蒸汽发电装置5之间，用于燃烧氢气产生热量并将热量提供给超临界蒸汽发电装置5。
具体地，制氢机构401中水制氢气所消耗的电能来自于风光发电装置1，储氢机构402用于储存氢气，燃烧换热机构403用于利用氢气燃烧产生的热能通过换热等热传递的方式进一步对即将进入超临界蒸汽发电装置5的超临界蒸汽进行加热，保证超临界蒸汽发电装置5的进气温度升至580℃。当检测到超临界蒸汽发电装置5的进气温度低于550℃时，开启制氢储能装置4提供热能。本实施例采用了饱和水储能和制氢储能的储能方式，它是一个超临界的储能体系。
进一步地，制氢储能装置4还包括设置在燃烧换热机构403的进氢口的温度调节阀407、设置在燃烧换热机构403的出气口的温度传感器408、第九电动阀405和第十电动阀406，第九电动阀405用于控制蒸汽进入到超临界蒸汽发电装置5内，第十电动阀406用于控制燃烧换热机构403产生的热能进入超临界蒸汽发电装置5内。温度调节阀407的开度状态取决于温度传感器408监测到的数据。
其中，超临界蒸汽发电装置5用于利用超临界蒸汽膨胀做功发电。
具体地，超临界蒸汽发电装置5可采用汽轮发电机，将通入的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电。
其中，本发明实施例的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***还包括中央配电控制单元7，汽轮发电机产生的电力由中央配电控制单元7输出并网，还用于收集各个组价的工作数据并控制各个组件的工作状态，使各组件相互同步配合操作，可进行事故判定并发出警报，还可以与大数据联网(包括当地自然环境信息等)，配合云计算等智能化技术，使得本***中的风、光、热和氢各单元互补，使本***在最优工况下运行。第九电动阀405和第十电动阀406的开闭状态分别由中央配电控制单元7控制。
本发明实施例提供的一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，采用风光发电装置1利用风力发电和光伏发电为***中的用电设备提供电能，采用第一加压机构对水进行加压，集热装置2采用光热集热和电加热方式对水进行加热，将加热和加压后的水储存在水储能装置3；当需要用电时，通过集热装置2将水加热到超临界状态后，通入超临界蒸汽发电装置5，同时利用制氢储能装置4燃烧氢气产生大量热能通向超临界蒸汽发电装置5中，超临界蒸汽发电装置5利用通入的超临界蒸汽膨胀做功发电。本发明实施例公开的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***实现了风电、光伏和光热在源头上的三元互补，大大降低了能源利用环节中的能量损失，并且利用水的显热储能和制氢的物化潜热储能，利用超临界蒸汽膨胀做功发电，降低运维和投资成本，可以做长年满发运行的基础电力，满足了电网并网和调峰的要求。
其中，如图2和图5所示，风光发电装置1包括风力发电机构101、光伏发电机构102和配电间103，光伏发电机构102包括设置于风力发电机构101的顶部和底部以及集热装置2周围的光伏电池板，风力发电机构101和光伏发电机构102分别与配电间103连接，配电间103分别与集热装置2和制氢储能装置4连接。具体地，本实施例中位于集热装置2周围的光伏电池板放置于如图5中的光伏区219内。本实施例中的风力发电机构101和光伏发电机构102产生的电能统一由配电间103进行调配，分成两条供电线路，一条通向集热装置2，并设置第一空气开关104，以供电加热机构电能所用，另一条通向制氢储能装置4，并设置第二空气开关105，以供水制氢气电能所用。
其中，集热装置2包括预热机构201、饱和水加热机构202和超临界蒸汽过热机构203，第一加压机构、预热机构201、饱和水加热机构202、水储能装置3、超临界蒸汽过热机构203和超临界蒸汽发电装置5依次连接。具体地，由中央配电控制单元7发出指令控制第一供水泵604，将水加压至25MPa后通入至集热装置2中。本实施例中的预热机构201用于对水进行预热，将来水压力25MPa，温度25℃的冷水加热到压力25MPa，温度260℃，饱和水加热机构202将水继续加热至压力25MPa，温度373℃的饱和状态(值得注意的是：饱和水加热机构202将水加热到的最高温度不能超过373.99℃，此时储存在水储能装置3中的水工质才能以液态形式存在，确切地说，水工质必须在如图8中A-C线左侧区域，才能以液态的显热储能的方式存在，即水工质不能出现气相，否则会导致水储能装置3的体积剧增，会造成巨大的投资成本)，通入至水储能装置3中储存；当需要发电时，将超高压接近饱和状态的水从水储能装置3导出至超临界蒸汽过热机构203，当饱和水进入超临界蒸汽过热机构203时，温度很快升至超临界温度374℃而转变为一定压力下的过热蒸汽，过热蒸汽在超临界蒸汽过热机构203中升温至580℃(或600℃)，此过程中存在相变过程，也就是由显热储能到潜热储能。超临界蒸汽过热机构203中过热蒸汽升温至580℃(或600℃)后，此时气体的比容积远远大于来流的高压水的比容积，其集热管217的截面积一方面需保证在此比容积下能通过额定的蒸汽流量，另一方面还要保证出口压力接近要求的压力。而且在这个区域内，压力变化对热力***的影响远小于温度的变化对热力***的影响。所以在对汽轮发电机输送蒸汽时有了三个参数：温度、压力和蒸汽流量。这三个参数中对热力***做功能力影响最大的是温度和蒸汽的流量。因此，在超临界蒸汽过热机构203的输出参数中，一定要保证温度和蒸汽的流量，二者是很重要的。
进一步地，为了保证水在集热装置2中能够升至指定的温度，采用第一测温传感器207、第二测温传感器208和第三测温传感器209，分别设置在预热机构201、饱和水加热机构202和超临界蒸汽过热机构203的出口处；为了调节集热装置2中电加热机构的功率，分别在预热机构201、饱和水加热机构202和超临界蒸汽过热机构203对应设置第一电压调压器204、第二电压调压器205和第三电压调压器206。对于饱和水加热机构202的温度不仅可通过第二电压调压器205调节电加热机构的功率调节，还可以通过设置在饱和水加热机构202和水储能装置3之间的温控调节阀220控制。当第二电压调压器205调节的电功率无法满足合适的温度时，由中央配电控制单元7控制温控调节阀220调节流量，使得水在饱和水加热机构202中加热到预定温度时，才能由温控调节阀220通过。
其中，如图3至图5所示，集热装置2为塔式菲涅尔面聚焦集热装置2，塔式菲涅尔面聚焦集热装置2包括塔架211、集热管217和反射镜组215，反射镜组215和集热管217设置于塔架211内，塔架211内部设置三个塔高依次下降的区域，超临界蒸汽过热机构203、饱和水加热机构202和预热机构201一一对应设置于三个塔高依次下降的区域，三个区域的聚光比相差很大，从而塔高相差也很大。本实施例中的塔架211为塔式菲涅尔面聚焦集热装置2的支撑骨架，超临界蒸汽过热机构203、饱和水加热机构202和预热机构201的塔高呈阶梯式依次下降，且超临界蒸汽过热机构203布置在最北面，由北向南依次设置饱和水加热机构202和预热机构201，反射镜组215组成的整个镜场结构布置为钢结构塔呈网状阶梯式布置，分别布置于超临界蒸汽过热机构203、饱和水加热机构202和预热机构201的下半部分，集热管217东西走向布置，分别设置于超临界蒸汽过热机构203、饱和水加热机构202和预热机构201的顶部。这种结构布置，一方面降低投资成本，有效的利用土地，更重要的是采用钢缆连接以形成塔体网结构，大大提高了塔体的刚度，增强了抗风能力，保证塔体的稳定，也就是保证了集热管217的稳定性，大大减少了漏光损失。在本实施例中反射镜组215可调整倾斜度，用于反射阳光给集热管217，电加热机构设置于集热管217内部，该电加热机构的电能来自于风光发电装置1，以实现风电和光伏互补形式，可以将风力产生的电能和光伏电能转化储存在饱和水中。
进一步地，如图3和图4所示，塔架211包括悬索2111、横梁2112、立柱顶斜拉筋2113、立柱2114、左柱斜拉筋2116，横向斜拉筋2119、右柱斜拉筋2120，反射镜支撑架2115，纵向斜拉筋2117，纵向柱间连接拉筋2118。悬索2111布置于塔架211的顶部，其包含长短不一的多种规格，以适应预热机构201、饱和水加热机构202和超临界蒸汽过热机构203中集热管217数量不同的需求。横梁2112由悬索2111吊着，保持着集热管217的水平稳定状态，集热管217悬吊在横梁2112的底部，横梁2112的上面是运维检修栈道。在横梁2112上设有轨道，下面悬吊着集热管清洁器214，它可以沿轨道横向运动。为使立柱2114更加稳固，交叉设置有纵向斜拉筋2117。距离地面高度3.5米设有反射镜支撑架2115，其上纵向排列着可在二维空间调整倾斜度的反射镜组215，在纵向上设置柱间钢索拉筋2118。镜场下面的大面积土地，可以设置牧场218、种植、养殖均可。
更进一步地，反射镜组215对应设置镜面清洁器216，保持镜面的清洁，提高保证高反射效率。集热管217对应设置集热管清洁器214，对集热管217进行擦拭，保证其集热效率。
其中，如图6所示，水储能装置3包括多个并联连接的储水罐，储水罐包括外筒体A2、内筒体A3、外保温层A1和内保温层A4，外筒体A2套设于内筒体A3的外侧，内保温层A4设置于外筒体A2与内筒体A3之间，外保温层A1设置于外筒体A2的外侧。具体地，储水罐还包括位于其底部的用于支撑的鞍座A6，以及位于内筒体A3和外筒体A2之间的用于支撑的内支撑刚栓A5，储水罐设置有进水口A9、出水口A7和真空抽吸口A8，进水口A9和出水口A7与储水罐的内部连通，内保温层A4为设置在内筒体A3和外筒体A2之间的真空腔体内，真空抽吸口A8与该真空腔体连通。内保温层A4中填充有防热辐射填料A10，防热辐射填料A10可选择碳酸钙绝热材料制品，膨胀珍珠岩制品，泡沫玻璃，玻化珍珠，聚苯颗粒等其中的一种或数种。真空腔体还设置有真空表A11，检查其压力，保持在真空状态。
进一步地，如图2所示，本实施例可采用四个储水罐并联的方式，分别在第一储水罐301的进、出口分别设置第一电动阀305和第二电动阀306，并在第一储水罐301安装第一压力传感器316；分别在第二储水罐302的进、出口分别设置第三电动阀307和第四电动阀308，并在第二储水罐302安装第二压力传感器317；分别在第三储水罐303的进、出口分别设置第五电动阀309和第六电动阀310，并在第三储水罐303安装第三压力传感器318；分别在第四储水罐304的进、出口分别设置第七电动阀311和第八电动阀312，并在第四储水罐304安装第四压力传感器319。饱和水加热机构202依次向储水罐中送水，当该储水罐的压力传感器监测到罐内水压达到预定值时，则开始向下一个储水罐送水。在向超临界蒸汽发电装置5输送饱和水时，可通过电动阀控制第一储水罐301先供水，其他储水罐储水不供水，待第一储水罐301无法再继续供给热能时，再通过电动阀控制第二储水罐302供水，同时关闭第一储水罐301，以此类推，各个储水罐依次供水，直至所有储水罐热能全部用尽，此过程设计为18或24小时。若第四储水罐304已用尽，而第一储水罐301中的水满足要求(即压力25MPa，温度373℃的饱和水)时，则可控制由第一储水罐301继续送水，重复以上过程，可保证汽轮发电机持续运转；若第四储水罐304已用尽，而第一储水罐301中的水不满足要求(未满足压力25MPa，温度373℃)，则***停机等待。本实施例中的所有电动阀均由中央配电控制单元7控制，压力传感器监测到的压力数据均汇总到中央配电控制单元7进行处理。整个集热装置2配备了一个强大的后备能源，也就是通过风光发电装置1产生的电能，电能给集热管217加热，打破了传统的电能和光能先发电后互补的概念，创新性地将电能和光热能在输出能量之前就有机的结合在了一起，也就是在自然能源源头进行互补，降低能源利用和传输环节的能量损失，操作维护简单，降低投资成本，整个***可以高效利用可再生能源。
其中，超临界蒸汽发电装置5为汽轮发电机，汽轮发电机包括超临界缸501、高压缸502、低压缸503和发电机本体504，超临界缸501、高压缸502和低压缸503依次串联，并分别与发电机本体504连接，用于驱动发电机本体504发电。具体地，从超临界蒸汽过热机构203输出的超临界蒸汽首先进入超临界缸501膨胀做功，之后进入高压缸502膨胀做功，最后通入低压缸503膨胀做功。低压缸503为双向低压缸，双向排气形式。当电网无需调峰时，汽轮机可低负荷或满负荷运转，产生的电能可送至制氢机构401中使用，产生氢气可投放市场使用；当电网无需要调峰时，则开启制氢储能装置4，将热能通向超临界缸501进行调峰。
其中，超临界蒸汽发电装置5还包括冷凝器、冷却水塔506和循环水泵507，冷凝器的第一换热管道与冷却水塔506连接，低压缸503的出口通过冷凝器的第二换热管道与供水装置6连接，循环水泵507连接于冷却水塔506和冷凝器之间。具体地，在本实施例中将低压缸503排出的蒸汽通过冷却水塔506中的冷水换热冷凝，排至供水装置6中，以循环利用***中的水工质。如图2所示，如采用双向排气的方式，则采用第一冷凝器505-1和第二冷凝器505-2对其进行冷凝，之后凝结的水通过凝结水泵508泵入供水装置6。
其中，供水装置6还包括依次连接的反渗透机组601、离子交换器602、第一换热器609和软水储罐603，反渗透机组601、离子交换器602、第一换热器609的第一换热管道和软水储罐603，燃烧换热机构403通过第一换热器609的第二换热管道与软水储罐603连接，燃烧换热机构403燃烧氢气产生的尾气在第一换热器609中与给水换热。具体地，在本实施例中的供水装置6对来流水进行处理后再进行使用，包括反渗透除盐和离子交换等措施。供水装置6采用双泵双路供水方式，一路采用第一供水泵604加压和第一流量调节阀606调节后通向预热机构201，另一路采用第二供水泵605加压驱动，经过流量传感器608监测流量和第二流量调节阀607调节后通向制氢机构401。由于第一供水泵604的作用为将水加压到指定压强，而第二供水泵605的作用仅为驱动水定向流动，因此两者的供水压力和流量均相差很大。
其中，如图7所示，燃烧换热机构403包括氢气燃烧器4031、燃烧室4032、风道4037以及多个换热单元(即第一换热单元4033、第二换热单元4034、第三换热单元4035和第四换热单元4036)，换热单元的第一换热管道串联连接在集热装置2(通过蒸汽进气口4039与集热装置2连接)和超临界蒸汽发电装置5(通过超临界蒸汽出口4030与超临界蒸汽发电装置5连接)之间，换热单元的第二换热管道依次串联，且氢气燃烧器4031和燃烧室4032依次连接在位于首端的换热单元的第二换热管道，风道4037连接于相邻两个换热单元的第二换热管道之间，换热单元的第二换热管道的出口与第一换热器609的第二换热管道连接(即通过换热单元通过第一换热器609与软水储罐603连通)。本实施例中的燃烧换热机构403采用多级换热方式(即从蒸汽进气口4039依次通过第一换热单元4033、第二换热单元4034、第三换热单元4035和第四换热单元4036)将氢气燃烧产生的热量带走，而从热风出口4038排出尾气温度控制在120℃以下，尾气与由离子交换器602输送的水换热，水加热软化变为软水，尾气温度降低到100℃以下，尾气凝结成水后排至软水储罐603。换热单元可采用列管式或波纹板叠片式。
本发明实施例还公开了一种根据上述实施例的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***的工作方法，包括：
风光发电装置1利用风能和太阳能发电并给集热装置2和制氢储能装置4提供电能；
供水装置6向制氢储能装置4供水，供水装置6还向集热装置2提供加压后的水；
集热装置2对加压后的水加热至饱和，并储存在水储能装置3中；
储存在水储能装置3中的水再次通过集热装置2加热至超临界状态，并通入超临界蒸汽发电装置5中；
制氢储能装置4水制氢气，或水制氢气之后燃烧氢气产热并通入超临界蒸汽发电装置5中(如无需调峰，则该步骤可仅制氢，而不燃烧供热；如监测到进入到超临界蒸汽发电装置5的蒸汽温度低于设定值，则也需要进行此步骤)；
在超临界蒸汽发电装置5中，超临界状态的蒸汽膨胀做功，发电。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，其特征在于，包括：风光发电装置、集热装置、水储能装置、制氢储能装置、超临界蒸汽发电装置和供水装置；其中，
所述风光发电装置分别与所述集热装置和所述制氢储能装置连接，用于利用风能和太阳能发电并给所述集热装置和所述制氢储能装置提供电能；
所述供水装置包括第一加压机构，所述第一加压机构与所述集热装置连接，用于对通入所述集热装置中的水加压；
所述集热装置分别与所述水储能装置和所述超临界蒸汽发电装置连接，用于将从所述水储能装置通入所述超临界蒸汽发电装置中的水加热至超临界状态；
所述制氢储能装置包括制氢机构、储氢机构和燃烧换热机构，所述制氢机构与所述供水装置连接，用于水制氢气，所述储氢机构连接在所述制氢机构和所述燃烧换热机构之间，所述燃烧换热机构还连接在所述集热装置和所述超临界蒸汽发电装置之间，用于燃烧氢气产生热量并将热量提供给所述超临界蒸汽发电装置；
所述超临界蒸汽发电装置用于利用超临界蒸汽膨胀做功发电；
所述集热装置包括预热机构、饱和水加热机构和超临界蒸汽过热机构，所述第一加压机构、所述预热机构、所述饱和水加热机构、所述水储能装置、所述超临界蒸汽过热机构和所述超临界蒸汽发电装置依次连接；
所述集热装置为塔式菲涅尔面聚焦集热装置，所述塔式菲涅尔面聚焦集热装置包括塔架、集热管和反射镜组，所述反射镜组和所述集热管设置于所述塔架内，所述塔架内部设置三个塔高依次下降的区域，所述超临界蒸汽过热机构、所述饱和水加热机构和所述预热机构一一对应设置于所述三个塔高依次下降的区域；
所述超临界蒸汽发电装置为汽轮发电机，所述汽轮发电机包括超临界缸、高压缸、低压缸和发电机本体，所述超临界缸、所述高压缸和所述低压缸依次串联，并分别与所述发电机本体连接，用于驱动所述发电机本体发电；
所述供水装置还包括依次连接的反渗透机组、离子交换器、第一换热器和软水储罐，所述反渗透机组、所述离子交换器、所述第一换热器的第一换热管道和所述软水储罐，所述燃烧换热机构通过所述第一换热器的第二换热管道与所述软水储罐连接，所述燃烧换热机构燃烧氢气产生的尾气在所述第一换热器中与给水换热；
所述燃烧换热机构包括氢气燃烧器、燃烧室、风道以及多个换热单元，所述换热单元的第一换热管道串联连接在所述集热装置和所述超临界蒸汽发电装置之间，所述换热单元的第二换热管道依次串联，且所述氢气燃烧器和所述燃烧室依次连接在位于首端的所述换热单元的第二换热管道，所述风道连接于相邻两个所述换热单元的第二换热管道之间，所述换热单元的第二换热管道的出口与所述第一换热器的第二换热管道连接。
2.根据权利要求1所述的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，其特征在于，所述风光发电装置包括风力发电机构、光伏发电机构和配电间，所述光伏发电机构包括设置于风力发电机构的顶部和底部以及集热装置周围的光伏电池板，所述风力发电机构和所述光伏发电机构分别与所述配电间连接，所述配电间分别与所述集热装置和所述制氢储能装置连接。
3.根据权利要求1所述的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，其特征在于，所述水储能装置包括多个并联连接的储水罐，所述储水罐包括外筒体、内筒体、外保温层和内保温层，所述外筒体套设于所述内筒体的外侧，所述内保温层设置于所述外筒体与所述内筒体之间，所述外保温层设置于所述外筒体的外侧。
4.根据权利要求1所述的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***，其特征在于，所述超临界蒸汽发电装置还包括冷凝器、冷却水塔和循环水泵，所述冷凝器的第一换热管道与所述冷却水塔连接，所述低压缸的出口通过所述冷凝器的第二换热管道与所述供水装置连接，所述循环水泵连接于所述冷却水塔和所述冷凝器之间。
5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的风光热氢储一体化超临界蒸汽轮机发电***的工作方法，其特征在于，包括：
风光发电装置利用风能和太阳能发电并给集热装置和制氢储能装置提供电能；
供水装置向制氢储能装置供水，供水装置还向集热装置提供加压后的水；
集热装置对加压后的水加热至饱和，并储存在水储能装置中；
储存在水储能装置中的水再次通过集热装置加热至超临界状态，并通入超临界蒸汽发电装置中；
制氢储能装置水制氢气，或水制氢气之后燃烧氢气产热并通入超临界蒸汽发电装置中；
在超临界蒸汽发电装置中，超临界状态的蒸汽膨胀做功，发电。
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