CN207761888U - 塔式太阳能发电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔式太阳能发电***，其包括支撑结构；热罐，固定在支撑结构的下部；冷罐，位于热罐的上方，固定在支撑结构上，冷罐的形状为漏斗状，上部为敞口结构，下部为空心结构，冷罐的内部设置有一个上宽下窄的空心漏斗，空心漏斗与冷罐内壁形成收容空间；聚光镜，设置于冷罐的上方，用于聚焦太阳光；定日镜场，包括多个定日镜，定日镜位于支撑结构的周围，用于为聚光镜提供反射太阳光；换热器组，设置于热罐底部，并通过管道与热罐连接；汽轮发电机组，通过管道与换热器组连接。与现有技术相比，本实用新型塔式太阳能发电***结构简单、无污染、发电效率高，能够24小时持续发电。

Description

塔式太阳能发电***

技术领域

本实用新型属于新能源发电领域，更具体地说，本实用新型涉及一种塔式太阳能发电***。

背景技术

太阳能光热发电是指：利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，太阳能所加热的介质可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后通过释放这些所储存的热量继续带动汽轮发电，可以达到24小时连续发电。

目前，太阳能光热发电根据聚焦方式的不同，可分为槽式、塔式和碟式(盘式)三种***，塔式太阳能发电***由于其具有较高的聚光比和光电转换效率，以及设计简单，应用范围广等优点，越来越受到人们的重视。塔式太阳能热发电***根据传热工质不同主要有熔盐***、导热油***、空气***和水/蒸汽***，但这些***都存在一定的缺点：

以水为工质的塔式太阳能热发电***具有价格便宜、换热效果好、控制简单等特点，但水工质蓄热能力差，当太阳辐射强度下降，云层短时间对定日镜场的遮挡，导致吸热***无法产生合格的蒸汽推动汽轮机继续工作；

以熔盐***为工质的太阳能发电***的熔盐造价高，投资成本大，而且熔盐的凝固点低，容易在设备和管道中凝结，造成设备和管道的损坏，熔盐的工作温度最高不超过600℃，当温度过高时，会造成熔盐的热分解，限制了其发电效率；

以导热油***为工质的太阳能发电***的导热油导热油每吨在20000元以上，成本高，而导热油工作温度最高只有400℃，发电效率低，导热油的凝固点低，需设置额外的防凝***，提高了工程造价成本。

有鉴于此，确有必要提供一种价格低廉、可持续、稳定、高效发电的塔式太阳能发电***。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种价格低廉、可持续、稳定、高效发电的塔式太阳能发电***。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种塔式太阳能发电***，包括：

支撑结构；

热罐，固定在支撑结构的下部；

冷罐，位于热罐的上方，固定在支撑结构上，冷罐的形状为漏斗状，上部为敞口结构，下部为空心结构，冷罐的内部设置有一个上宽下窄的空心漏斗，空心漏斗与冷罐内壁形成收容空间；

聚光镜，设置于冷罐的上方，用于聚焦太阳光；

定日镜场，包括多个定日镜，定日镜位于支撑结构的周围，用于为聚光镜提供反射太阳光；

换热器组，设置于热罐底部，并通过管道与热罐连接；

汽轮发电机组，通过管道与换热器组连接。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述冷罐的上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述冷罐的上部为空心圆柱体，下部为空心圆台体。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述空心漏斗与冷罐内壁焊接连接，空心漏斗为空心圆台体或空心棱台体。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述热罐为漏斗状形状，上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体，冷罐和热罐之间设置有连接体，所述连接体的形状为空心圆台体或空心棱台体，连接体的上部和下部分别与冷罐和热罐连接，从定日镜场反射过来的光线在聚光镜被二次反射后聚光焦点落在连接体中。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述冷罐与连接体之间设置有第一调节阀。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述换热器组包括从下到上依次设置的预热器、蒸发器和过热器，所述换热器组通过给水进行换热。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述热罐和换热器组之间的管道上设置有第二调节阀。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述换热器组与冷罐之间连接有运输道管，运输管道分别与换热器组的底部和冷罐的顶部连通，运输管道上设置有输送泵。

作为本实用新型塔式太阳能发电***的一种改进，所述汽轮发电机组和换热器组之间的管道包括供水管道和蒸汽管道，供水管道位于汽轮发电机组和换热器组的下部，蒸汽管道位于汽轮发电机组和换热器组的上部。

相对于现有技术，本实用新型塔式太阳能发电***具有以下技术效果：

1)可采用沙子微粒作为传热介质，由于沙子工质非常廉价，能大幅降低塔式光热电站在传热介质方面的资金投入；

2)采用的沙子微粒工作温度可达1000℃，可以获得更高温度、更高品质的蒸汽，能大幅提升发电效率；

3)采用的沙子微粒为固态，工作过程中不发生相变，一次性工程投资费用少；

4)采用的沙子无腐蚀性，不会腐蚀设备、管道，降低了投资成本，并延长了设备管道的使用寿命；

5)采用沙子作为工质，与生态环境完全兼容，不会造成环境污染；

6)传热介质沙子与太阳辐射在聚光焦点处直接换热，无须借助换热设备来传热，降低了换热损失，提升了电站的整体效率，解决了传统电站借助换热设备来传热、换热效率低的问题；同时由于直接热交换，无须传统的吸热管，解决了吸热管投资大及寿命短的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型塔式太阳能发电***及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本实用新型塔式太阳能发电***的结构示意图。

附图标记：

10-支撑结构；11-热罐；12-冷罐；120-沙子；13-空心漏斗；14-连接体；140- 聚光焦点，16-聚光镜；18-换热器组；20-汽轮发电机组；22-供水管道；24-蒸汽管道；26-运输管道；28-输送泵；30-第一调节阀；32-第二调节阀；34-定日镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式只是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

请参阅图1所示，本实用新型塔式太阳能发电***包括：

支撑结构10；

热罐11，固定在支撑结构10的下部；

冷罐12，位于热罐11的上方，固定在支撑结构10上，冷罐12的形状为漏斗状，上部为敞口结构，下部为空心结构，冷罐12的内部设置有一个上宽下窄的空心漏斗13，空心漏斗13与冷罐12内壁形成收容空间；

聚光镜16，设置于冷罐12的上方，用于聚焦太阳光；

定日镜场，包括多个定日镜34，定日镜34位于支撑结构10的周围，用于为聚光镜16提供反射太阳光；

换热器组18，设置于热罐11底部，并通过管道与热罐11连接；

汽轮发电机组20，通过管道与换热器组18连接。

支撑结构10为框架结构，主要用于固定和支撑热罐11和冷罐12以及其他辅助设备，支撑结构10设置在热罐11和冷罐12罐体的周围。

热罐11为漏斗形状，上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体，在图示实施方式中，热罐11的上半部为空心圆柱体，下半部为空心圆台体，如此设置，便于快速收集并暂时用于储存冷罐12中经过聚光镜16 反射光加热后的沙子120，同时方便沙子120通过下半部的空心圆台体快速向下面的换热器组18输送。

冷罐12位于热罐11的正上方，冷罐12的形状为漏斗形状，上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体，在图示实施方式中，上半部为空心圆柱体，下半部为空心圆台体。冷罐12的中间位置焊接有一个空心漏斗13，空心漏斗13为上宽下窄形，为空心圆台体或空心棱台体结构，在图示实施方式中，空心漏斗13为空心圆台体，空心漏斗13与冷罐12焊接固定后，形成环形收容空间，用于储存工质用沙子120，空心漏斗13的设置与太阳光的反射光的方向有关，能够保证经过聚光镜16反射后的太阳光在连接体14内形成聚光焦点140。

沙子120为普通的河沙及海沙，其主要成分为石英和碳酸盐。

连接体14位于热罐11和冷罐12之间，并分别与热罐11和冷罐12连接，连接体14的结构为上部窄下部宽的空心圆台体或空心棱台体，由于图示实施方式中的热罐11的上部为空心圆柱体，冷罐12的下部为空心圆台体，在图示实施方式中，连接体14选用空心圆台体结构，分别与热罐11和冷罐12连接，设置过程中，要确保上面的开口能够与冷罐12对应，下面的开口能够与热罐11 对应。连接体14与冷罐12之间设置有第一调节阀30，第一调节阀30的设定，主要用于冷罐12储存沙子120，当太阳光不够强或者热罐11的空间装满加热后的沙子120的时候，可以关闭第一调节阀30，防止沙子120从冷罐12落入热罐 11，当需要对沙子120进行加热的时候，打开第一调节阀30，冷罐12中的沙子 120由于重力的作用落入热罐11中，下落中的沙子120在连接体14中的聚光焦点140处被迅速加热，最高可达到1000℃，然后储存在热罐11中，由于冷罐 12、连接体14和热罐11的结构特征，沙子120在下落的过程中，形成一个类似沙漏的形态。

在其他实施方式中，还可将热罐11、冷罐12和连接体14制成一体结构，形成一个大型的罐体，也可将连接体14与热罐11或冷罐12预制成一体结构后，再与另外一个罐适配连接，制成所需要的形状，只要能够满足需要即可，

聚光镜16为凹面镜，布置在冷罐12的正上方，用于聚焦和反射不同时刻的太阳光，为储存在冷罐12中的沙子120进行快速加热，经过定日镜场中多个定日镜34反射过来的光线在聚光镜16被二次反射，反射后聚光焦点140刚好落在冷罐12与热罐11之间的连接体14中。

换热器组18位于热罐11的正下方，包括从下往上依次设置的预热器(未图示)、蒸发器(未图示)和过热器(未图示)，换热器组18通过管道与热罐11 连接，并在连接管道中设置有第二调节阀32，换热器组18用于接收从热罐11 中流出的沙子120。

换热器组18通过运输管道26与冷罐12连通，运输管道26分别与换热器组18的底部和冷罐12的顶部连通，运输管道26上设置有输送泵28，输送泵 28设置在换热器组18的附近，通过输送泵28和运输管道26用于输送换热器组18中经过换热冷却后的沙子120，对沙子120进行循环利用，通过运输管道26 输送的沙子120主要输送到冷罐12中设置的空心漏斗13与冷罐12内壁之间的环形结构中。沙子120也可采用履带结合输送机的形式进行循环输送。

汽轮发电机组20分别通过下部的供水管道22和上部的蒸汽管道24与换热器组18连通。当第一调节阀32打开后，储存在热罐11中的加热后的沙子120 由于重力作用落入换热器组18中，通过供水管道22中的给水经过换热器组18 中的预热器、蒸发器和过热器依次加热后，形成过热蒸汽，过热蒸汽通过蒸汽管道24输送到汽轮发电机组20发电，经过汽轮发电机组20发电后的蒸汽冷凝成液体后再通过供水管道22输送到换热器组18进行换热，进行不间断的发电作业，然后通过辅助设备，将发出的电输送出去。

换热器组18的工作原理是：热罐11中加热后的沙子120(温度最高可达 1000℃)落入换热器组18中，沙子120慢慢将从下向上的预热器、蒸发器和过热器进行覆盖，由于供水管道22中的给水依次通过预热器、蒸发器和过热器进行加热，最后形成过热蒸汽，而沙子120经过与给水换热后，最底层的沙子120 由于最先与给水进行换热，其温度下降较快，而中间层的沙子120是对蒸发器中的给水进行换热，温度下降较慢，给水经过预热器和蒸发器换热后，最终通过最上层的过热器，由于经过过热器中的给水温度在最底层和中层沙子120换热后，其温度已足够高，然后经过最上层的沙子120换热后，形成过热蒸汽，然后通过蒸汽管道24输送到汽轮发电机组20进行发电。

换热器组18中经过换热后的最底层的沙子120由于换热较多，温度下降较快，最先通过输送泵28和运输管道26输送到冷罐12中，中间层的沙子120由于还具有较高的温度，当最底层的沙子120被输送走后，中间层的沙子120成了最底层的沙子120，继续为预热器中的给水进行部分换热，换完热后也通过输送泵28和运输管道26输送到冷罐12中，最上层的沙子120与最底层和中层的沙子120类似，依次给过热器、蒸发器和预热器换完热后通过输送泵28和运输管道26输送到冷罐12中。换热器组18中的沙子120在不停地运走过程中，热罐11中的加热后的沙子120不停地进行补充，冷罐12中的沙子120在下落到热罐11的过程中时通过聚光焦点140处的太阳光不停地加热，这样形成周而复始的工作，确保整个***能够不间断运行。

由于从换热器组18中输送到冷罐12中的沙子120在换热后还具有一定的温度，因此，经过聚光镜16反射后的太阳光在聚光焦点140时只需较短的时间就可以将沙子120快速加热到所需的温度。当***在夜间运行时，由于此时聚光镜16已无法接收到太阳光，需关闭第一调节阀30，防止冷罐12中的沙子120 继续落入热罐11中，但暂存在热罐11中的沙子120的量和温度能够继续为经过换热器组18的给水进行换热，这样能够保证***在晚上也能正常运行，能够持续不断的进行发电作业。

定日镜场包括多个定日镜34，定日镜34设置在支撑结构10的四周，用于为聚光镜16提供不同时刻的反射太阳光。当太阳从东向西移动时，太阳光照射到不同方位的定日镜34上，然后通过定日镜34的反射作用，将不同时刻的太阳光反射到聚光镜16上，使聚光镜16在不同时刻都可以接收到太阳光，然后通过聚焦后为储存在冷罐12中的沙子120进行持续加热，使***处于不间断运行。

本实用新型塔式太阳能发电***的工作流程为：

1)在冷罐12中储存待加热的沙子120，打开冷罐12下面的第一调节阀30 后，沙子120从冷罐12中流出，经下方的聚光焦点140处迅速加热后流入热罐 11，被加热后的沙子120存储于热罐11中；

2)打开第二调节阀32，暂存在热罐11中的沙子120沿着管道流向换热器组18中，在换热器组18中沙子120由上往下依靠重力流动，经过供水管道22 的给水从换热器组18下方进入，经过预热器、蒸发器和过热器换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽沿着蒸汽管道24进入汽轮发电机组20发电，然后通过辅助设备将发出的电输送出去，冷凝下来的给水通过供水管道22继续输送到换热器组 18进行换热，实现水资源的循环利用；

3)释放能量后的沙子120利用输送泵28从换热器组18的下部沿着运输管道26重新输回至冷罐12，等待进入下一个循环，从而实现可持续的密闭循环工序。

需要说明的是，本实用新型塔式太阳能发电***仅对热换11、冷罐12、空心漏斗13和连接体14的部分形状进行了说明，但在其他实施方式中，空心圆柱体和空心立方体与空心圆台体和空心棱台体之间可互相组合，只要能形成漏斗形状即可。

通过以上描述可知，相对于现有技术，本实用新型塔式太阳能发电***具有以下技术效果：

1)采用沙子微粒作为传热介质，由于沙子工质非常廉价，能大幅降低塔式光热电站在传热介质方面的资金投入；

2)采用的沙子微粒工作温度可达1000℃，可以获得更高温度、更高品质的蒸汽，能大幅提升发电效率；

3)采用的沙子微粒为固态，工作过程中不发生相变，一次性工程投资费用少；

4)采用的沙子无腐蚀性，不会腐蚀设备、管道，降低了投资成本，并延长了设备管道的使用寿命；

5)采用沙子作为工质，与生态环境完全兼容，不会造成环境污染；

6)传热介质沙子与太阳辐射在聚光焦点140处直接换热，无须借助换热设备来传热，降低了换热损失，提升了电站的整体效率，解决了传统电站借助换热设备来传热、换热效率低的问题；同时由于直接热交换，无须传统的吸热管，解决了吸热管投资大及寿命短的问题。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述具体实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种塔式太阳能发电***，其特征在于，包括：

支撑结构；

热罐，固定在支撑结构的下部；

冷罐，位于热罐的上方，固定在支撑结构上，冷罐的形状为漏斗状，上部为敞口结构，下部为空心结构，冷罐的内部设置有一个上宽下窄的空心漏斗，空心漏斗与冷罐内壁形成收容空间；

聚光镜，设置于冷罐的上方，用于聚焦太阳光；

定日镜场，包括多个定日镜，定日镜位于支撑结构的周围，用于为聚光镜提供反射太阳光；

换热器组，设置于热罐底部，并通过管道与热罐连接；

汽轮发电机组，通过管道与换热器组连接。

2.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述冷罐的上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体。

3.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述冷罐的上部为空心圆柱体，下部为空心圆台体。

4.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述空心漏斗与冷罐内壁焊接连接，空心漏斗为空心圆台体或空心棱台体。

5.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述热罐为漏斗状形状，上部为空心圆柱体或空心立方体，下部为空心圆台体或空心棱台体，冷罐和热罐之间设置有连接体，所述连接体的形状为空心圆台体或空心棱台体，连接体的上部和下部分别与冷罐和热罐连接，从定日镜场反射过来的光线在聚光镜被二次反射后聚光焦点落在连接体中。

6.根据权利要求5所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述冷罐与连接体之间设置有第一调节阀。

7.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述换热器组包括从下到上依次设置的预热器、蒸发器和过热器，所述换热器组通过给水进行换热。

8.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述热罐和换热器组之间的管道上设置有第二调节阀。

9.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述换热器组与冷罐之间连接有运输道管，运输管道分别与换热器组的底部和冷罐的顶部连通，运输管道上设置有输送泵。

10.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电***，其特征在于，所述汽轮发电机组和换热器组之间的管道包括供水管道和蒸汽管道，供水管道位于汽轮发电机组和换热器组的下部，蒸汽管道位于汽轮发电机组和换热器组的上部。