一种塔式太阳能光热发电系统及其储热控制方法

摘要

本发明涉及一种塔式太阳能光热发电系统及其储热控制方法，其中塔式太阳能光热发电系统包括：用于收集太阳热能的太阳能集热装置，用于产生过热饱和蒸汽的换热器，用于将过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置；太阳能集热装置包括多个塔式光热模块；多个塔式光热模块中包括采用集中储热的A类塔式光热模块和采用分布式储热的B类塔式光热模块。本发明方案可以根据夜晚用电需求设计热能储存量，在夜晚的时候可将不带储能的水蒸气存放在蒸汽储缸中，以减少夜晚的保温能耗；同时采用塔式光热模块，可以简化建设流程，减少建设工期，更可以减少电站设计投资成本，也能保证整个发电系统供电的持续性和稳定性。

权利要求

1.一种基于塔式太阳能光热发电系统的储热控制方法，塔式太阳能光热发电系统包括：用于收集太阳热能的太阳能集热装置，与所述太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器，和与所述换热器连接、用于将所述过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置；其特征在于，所述太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热模块；多个所述塔式光热模块中包括采用集中储热的A类塔式光热模块和采用分布式储热的B类塔式光热模块，其特征在于，包括以下步骤：获取夜间用电量及用热、用汽需求参数；

根据所述夜间用电量及用热、用汽需求参数产生用于控制带分布式储热的B类塔式光热模块中的热能储存量的第一控制指令；

执行所述第一控制指令，调节所述B类塔式光热模块的各个分布式储热单元中的热能存储量分别用于发电、供热及供汽。

2.根据权利要求1所述的储热控制方法，其特征在于，所述A类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第一定日镜和设置有第一集热器的第一光热塔；

多个所述A类塔式光热模块共同通过一个用于储存所述第一集热器中被加热热工质热能的集中式储热单元与所述换热器连接。

3.根据权利要求2所述的储热控制方法，其特征在于，每个所述B类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第二定日镜，以及包括设置有第二集热器的第二光热塔，还包括与所述第二光热塔连接、用于存储所述第二集热器中被加热热工质热能的分布式储热单元。

4.根据权利要求3所述的储热控制方法，其特征在于，所述换热器包括多个子换热器，每个所述B类塔式光热模块包含一个所述子换热器。

5.根据权利要求4所述的储热控制方法，其特征在于，每个所述B类塔式光热模块的所述子换热器共同通过一个用于存储过饱和热蒸汽的高温蒸汽储热装置与所述热动力转换装置连接。

6.根据权利要求5所述的储热控制方法，其特征在于，所有A类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质，所有B类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质，所述A类塔式光热模块与所述B类塔式光热模块之间串联或并联连接。

7.根据权利要求5所述的储热控制方法，其特征在于，一部分所述A类塔式光热模块采用熔盐作为热工质，另一部分所述A类塔式光热模块采用蒸汽作为热工质，所述B类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质；

采用熔盐作为热工质的所述A类塔式光热模块与采用蒸汽作为热工质的所述A类塔式光热模块之间全部并联连接，所述A类塔式光热模块与所述B类塔式光热模块之间并联连接。

8.根据权利要求1所述的储热控制方法，其特征在于，单个所述塔式光热模块发电功率为10-25MW。

9.根据权利要求1-8任一项所述的储热控制方法，其特征在于，还包括步骤：将利用水作为传热工质的所述A类塔式光热模块的水蒸气存储于集中式蒸汽储罐中；

将利用熔盐作为传热工质的A类塔式光热模块将熔盐存储于所述A类塔式光热模块的集中式熔盐罐中；

获取当前时间参数；

在所述当前时间为夜晚时，产生控制利用水作为传热工质的所述A类塔式光热模块停止工作的第二控制指令；

执行所述第二控制指令。

说明书

一种塔式太阳能光热发电系统及其储热控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力技术领域，更具体地说，涉及一种塔式太阳能光热发电系统及其储热控制方法。

背景技术

[0002] 塔式太阳能光热发电系统具有宽泛的温场与能场匹配设定、聚光比大、聚焦温度高、能流密度大、热工转换效率高、应用范围广等等优长特点，可进行大规模：光热发电、水制氢、海水淡化、金属冶炼等众多太阳能用途开发。因此，塔式太阳能光热发电系统是一种极具价值潜力的太阳能多元化利用平台。

[0003] 曾先后有许多发达国家，开展过塔式太阳能发电技术研究。然而至今该项技术的发展仍受到诸多阻困，其原因主要有两点：一是定日镜跟踪成本过高，这是由于远距离跟踪的精度要求极高，必须达到齿轮无间隙传动，由此所引起的苛刻制作是推高跟踪成本的原因；二是发电规模太小，发电扩容受到极大限制，由于塔式发电规模取决于定日镜场规模，光热发电规模越大，成本下降空间越大，但是当定日镜场规模扩大到一定程度之后，其整体效率呈现锐减下降趋势。因此，目前的塔式太阳能发电系统发电成本居高不下，离市场化要求仍有较大的距离。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可持续、稳定、高效发电的塔式太阳能光热发电系统及其储热控制方法。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 构造一种塔式太阳能光热发电系统，包括：用于收集太阳热能的太阳能集热装置，与所述太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器，和与所述换热器连接、用于将所述过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置；其中，所述太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热模块；多个所述塔式光热模块中包括采用集中储热的A类塔式光热模块和采用分布式储热的B类塔式光热模块。

[0007] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，所述A类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第一定日镜和设置有第一集热器的第一光热塔；

[0008] 多个所述A类塔式光热模块共同通过一个用于储存所述第一集热器中被加热热工质热能的集中式储热单元与所述换热器连接。

[0009] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，每个所述B类塔式光热模块包括用于聚焦阳光的第二定日镜，以及包括设置有第二集热器的第二光热塔，还包括与所述第二光热塔连接、用于存储所述第二集热器中被加热热工质热能的分布式储热单元。

[0010] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，所述换热器包括多个子换热器，每个所述B类塔式光热模块包含一个所述子换热器。

[0011] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，每个所述B类塔式光热模块的所述子换热器共同通过一个用于存储过饱和热蒸汽的高温蒸汽储热装置与所述热动力转换装置连接。

[0012] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，所有A类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质，所有B类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质，所述A类塔式光热模块与所述B类塔式光热模块之间串联或并联连接。

[0013] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，一部分所述A类塔式光热模块采用熔盐作为热工质，另一部分所述A类塔式光热模块采用蒸汽作为热工质，所述B类塔式光热模块都采用熔盐作为热工质；

[0014] 采用熔盐作为热工质的所述A类塔式光热模块与采用蒸汽作为热工质的所述A类塔式光热模块之间全部并联连接，所述A类塔式光热模块与所述B类塔式光热模块之间并联连接。

[0015] 本发明所述的塔式太阳能光热发电系统，其中，单个所述塔式光热模块发电功率为10-25MW。

[0016] 本发明还提供了一种基于前面任一项所述的塔式太阳能光热发电系统的储热控制方法，其中，包括以下步骤：

[0017] 获取夜间用电量及用热、用汽需求参数；

[0018] 根据所述夜间用电量及用热、用汽需求参数产生用于控制带分布式储热的B类塔式光热模块中的热能储存量的第一控制指令；

[0019] 执行所述第一控制指令，调节所述B类塔式光热模块的各个分布式储热单元中的热能存储量分别用于发电、供热及供汽。

[0020] 本发明所述的储热控制方法，其中，还包括步骤：

[0021] 将利用水作为传热工质的所述A类塔式光热模块的水蒸气存储于集中式蒸汽储罐中；

[0022] 将利用熔盐作为传热工质的A类塔式光热模块将熔盐存储于所述A类塔式光热模块的集中式熔盐罐中；

[0023] 获取当前时间参数；

[0024] 在所述当前时间为夜晚时，产生控制利用水作为传热工质的所述A类塔式光热模块停止工作的第二控制指令；

[0025] 执行所述第二控制指令。

[0026] 本发明的有益效果在于：通过采用集中储热的A类塔式光热模块和采用分布式储热的B类塔式光热模块，使得塔式太阳能光热发电系统可以根据夜晚用电及用热、用汽需求设计热能储存量，在夜晚的时候可将不带储能的水蒸气存放在蒸汽储缸中，将带储能的模块通过参数需要，实现供电、供热、供汽，有效利用能源；而且该系统同时具有模块化太阳能集热装置，当再建设大型光热电站时，只需将塔式光热模块复制，可以简化建设流程，减少建设工期，更可以减少发电系统设计投资成本。

附图说明

[0027] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0028] 图1是本发明较佳实施例的同时包含A类塔式光热模块和B类塔式光热模块的塔式太阳能光热发电系统原理示意图一；

[0029] 图2是本发明较佳实施例的同时包含A类塔式光热模块和B类塔式光热模块的塔式太阳能光热发电系统原理示意图二；

[0030] 图3是本发明较佳实施例的单个A类塔式光热模块原理示意图；

[0031] 图4是本发明较佳实施例的单个B类塔式光热模块原理示意图。

具体实施方式

[0032] 本发明较佳实施例的塔式太阳能光热发电系统原理如图1和图2所示，包括：用于收集太阳热能的太阳能集热装置，与太阳能集热装置连接、用于产生过热饱和蒸汽的换热器，和与换热器连接、用于将过热饱和蒸汽转换成电能的热动力转换装置24；太阳能集热装置包括多个具有收集太阳热能的塔式光热模块11、12；且多个塔式光热模块中包括采用集中储热的A类塔式光热模块和采用分布式储热的B类塔式光热模块。这样塔式太阳能光热发电系统可以根据夜晚用电需求设计热能储存量，在夜晚的时候可将不带储能的水蒸气存放在蒸汽储缸中，以减少夜晚的保温能耗。而且，通过采用具有模块化太阳能集热装置的塔式太阳能光热发电系统，当再建设大型光热电站时，只需将塔式光热模块复制，可以简化电站建设流程，减少建设工期，更可以减少发电系统设计投资成本。

[0033] 同时，采用上述塔式太阳能光热发电系统，还可以增加整个发电系统的供电稳定性。如果是单塔的光热电站，无论哪一部分出现问题，整个发电系统的稳定性都会受到影响，当采用模块化太阳能光热发电系统后，单塔出现问题不会影响到其他模块的工作状态，保证了整个发电系统供电的持续性和稳定性。另外，采用上述塔式太阳能光热发电系统，还可以提高定日镜镜场的效率。如果是大型的单塔光热发电系统，远端的镜场离塔顶的距离非常远，效率很低，当采用塔式太阳能光热发电系统后，可以减小镜场离塔顶的距离，提高镜场的效率，减小镜场面积和投资。

[0034] 上述实施例中，塔式太阳能光热发电系统的热动力转换装置24优选为汽轮发电机组，具体型号不限。

[0035] 在进一步的实施例中，如图1、图2和图3所示，构成上述塔式太阳能光热发电系统中的太阳能集热装置的多个塔式光热模块11、12中包括：A类塔式光热模块11。其中，每个A类塔式光热模块11包括用于聚焦阳光的第一定日镜111和设置有第一集热器(未图示)的第一光热塔112；多个A类塔式光热模块11共同通过一个用于储存第一集热器中被加热热工质热能的集中式储热单元113与换热器22连接。

[0036] 请参阅图1，上述A类塔式光热模块11工作流程为：由第一定日镜111反射阳光、聚焦阳光并加热第一光热塔112塔顶第一集热器中的热工质，所有A类塔式光热模块11的第一集热器中被加热热工质热能储存于共同的集中式储热单元113中，储存的热能通过换热器22产生过热饱和蒸汽，以推动热动力转换装置24发电。

[0037] 优选地，如图1所示，上述换热器与A类塔式光热模块11的光热塔之间还连接有低温蒸汽储热装置23，经换热器22换热后的热工质再被泵到第一光热塔112塔顶加热，以进行循环利用。

[0038] 在进一步的实施例中，如图1、图2和图4所示，构成上述塔式太阳能光热发电系统中的太阳能集热装置的多个塔式光热模块11、12中同时还包括：B类塔式光热模块12。其中，每个B类塔式光热模块12包括用于聚焦阳光的第二定日镜121、设置有第二集热器的第二光热塔122，和与第二光热塔122连接、用于存储第二集热器中被加热热工质热能的分布式储热单元124。

[0039] 即，上述A类塔式光热模块11是不单独带储热单元的光热模块，只是通过采用一个集中式储热单元113实现集中式储热；B类塔式光热模块12是单独带分布式储热单元124的光热模块。

[0040] 优选地，如图4所示，上述实施例中，每个B类塔式光热模块12均连接一个子换热器123，每个B类塔式光热模块12的子换热器123经一个共同的高温蒸汽储热装置13连接至热动力转换装置24，以将各个子换热器123所产生的过饱和热蒸汽储存后输送至热动力转换装置24进行发电。

[0041] 如图2和图4所示，上述B类塔式光热模块12工作流程为：由第二定日镜121反射阳光，聚焦阳光并加热第二光热塔122塔顶第二集热器中的热工质，被加热的热工质，一部分通过分布式储热单元124储存热量，另一部分通过换热器123产生过热饱和蒸汽，以推动热动力转换装置24发电。

[0042] 优选地，如图4所示，上述实施例中，每个B类塔式光热模块12的子换热器123与第二光热塔122之间均连接一个低温蒸汽储热装置125，经子换热器123换热后的热工质再被泵到第二光热塔122塔顶加热，以进行循环利用。

[0043] 上述实施例中，塔式太阳能光热发电系统的高温蒸汽储热装置13包括一个储热罐，或者由多个储热罐组成。

[0044] 上述实施例中，与B类塔式光热模块12相比，采用A类塔式光热模块11虽然对所产生的过热饱和蒸汽利用率会相对降低，但是可以节省整个塔式太阳能光热发电系统的建设成本。与A类塔式光热模块11相比，采用B类塔式光热模块12虽然会增加整个塔式太阳能光热发电系统的建设成本，但由于可以提高对各个塔式光热模块所产生的过热饱和蒸汽的利用率，从而能提高整个塔式太阳能光热发电系统的发电效率。

[0045] 上述实施例中，A类塔式光热模块11优选采用蒸汽或熔盐作为集热器和集中式储热单元的热工质；B类塔式光热模块12优选采用熔盐作为集热器和分布式储热单元的热工质。

[0046] 在一个具体的实施例1中，塔式太阳能光热发电系统中的所有A类塔式光热模块11都采用蒸汽作为热工质、所有B类塔式光热模块12都采用熔盐作为热工质，至少有两个A类塔式光热模块11串联(或并联)连接，或者，至少有两个B类塔式光热模块12串联(或并联)连接，A类塔式光热模块11与B类塔式光热模块12之间并联连接。

[0047] 在一个具体的实施例2中，塔式太阳能光热发电系统中的所有A类塔式光热模块11都采用熔盐作为热工质、所有B类塔式光热模块12都采用熔盐作为热工质，至少有两个A类塔式光热模块11串联(或并联)连接，或者，至少有两个B类塔式光热模块12串联(或并联)连接，A类塔式光热模块11与B类塔式光热模块12之间串联或并联连接。

[0048] 在一个具体的实施例3中，塔式太阳能光热发电系统中的一部分A类塔式光热模块11采用熔盐作为热工质，另一部分A类塔式光热模块11采用蒸汽作为热工质，所有B类塔式光热模块12都采用熔盐作为热工质；采用熔盐作为热工质的A类塔式光热模块11与采用蒸汽作为热工质的A类塔式光热模块11之间全部并联连接，B类塔式光热模块12之间串联或并联连接，A类塔式光热模块11与B类塔式光热模块12之间并联连接。

[0049] 在另一优选实施例中，上述模块化太阳能发电系统包含20个塔式光热模块，每个塔式光热模块的发电功率为10MW；其中包括10个A类塔式光热模块11和10个B类塔式光热模块12，10个带储热的B类塔式光热模块12储热时间为8小时，10个不带储热的A类塔式光热模块通过过热蒸汽发电，集中储热时间为2小时。

[0050] 上述各实施例中，单个塔式光热模块发电功率可以为5-100MW，优选为10-25MW，以达到最优发电效果，但不限于采用其他功率的塔式光热模块。

[0051] 在本发明另一实施例中还提供了一种用于上述塔式太阳能光热发电系统的储热控制方法，包括以下步骤：获取夜间用电量及用热、用汽需求参数；根据夜间用电量及用热、用汽需求参数产生用于控制带分布式储热的B类塔式光热模块中的热能储存量的第一控制指令；执行上述第一控制指令，调节B类塔式光热模块的各个分布式储热单元中的热能存储量分别用于发电、供热及供汽。其中，夜间用电量需求产生可由用电控制系统根据用户日常用电习惯分析获取，用热、用汽参数可根据当地工厂夜晚用汽量及四季居民的用热情况获取，通过各种参数情况，调节夜晚各分布式储能系统分别用于发电、供热及供汽，分布式储能系统能够将发电、供汽、供热各单元独立起来，可以保证各单元运行互相不影响，保证各单元的稳定性，实现对热能储存的精确控制，最大限度的提高能源利用率。

[0052] 优选地，上述方法还包括步骤：将利用水作为传热工质A类塔式光热模块的水蒸气存储于集中式蒸汽储罐中；将利用熔盐作为传热工质的A类塔式光热模块将熔盐存储于A类塔式光热模块的集中式熔盐罐中；获取当前时间参数；在当前时间为夜晚时，利用水作为传热工质的A类塔式光热模块将水蒸气存储于A类塔式光热模块的集中式蒸汽储罐，该类塔式光热模块在夜间将停止工作，利用熔盐作为传热工质的A类塔式光热模块将熔盐存储于A类塔式光热模块的集中式熔盐罐的第二控制指令；执行上述第二控制指令。这样可以在夜晚的时候可将不带储能的水蒸气存放在蒸汽储缸中，将带储能的模块通过参数需要，实现供电、供热、供汽，有效利用能源。

[0053] 综上，本发明方案可以根据夜晚用电需求设计热能储存量，在夜晚的时候可将不带储能的水蒸气存放在蒸汽储缸中，将带储能的模块通过参数需要，实现供电、供热、供汽，有效利用能源；同时通过采用塔式光热模块，可以简化建设流程，减少建设工期，更可以减少电站设计投资成本，也能保证整个发电系统供电的持续性和稳定性。

[0054] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。