池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它包括蒸發(fā)池、透光頂棚、反光鏡陣列、汽輪發(fā)電機(jī)組、混合式凝汽器、混合溶液管道、溶液泵、冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻塔、空氣冷卻器。本發(fā)明中蒸發(fā)池的液體由低沸點工質(zhì)層和淡水層組成，太陽光通過直射和反射將輻射能傳遞給低沸點工質(zhì)層，所得高壓蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，從蒸發(fā)池底引出的冷卻水經(jīng)冷卻塔放熱后進(jìn)入混合式凝汽器接觸并冷凝排汽形成混合溶液，再由溶液泵輸送回蒸發(fā)池內(nèi)，低沸點工質(zhì)與淡水由于密度差不互溶而自動分層。本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)造簡單、集熱效率高、能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)效率高、電站容量大、建造成本低，適合低成本大規(guī)模生產(chǎn)，可被廣泛應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】中。
【專利說明】池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前世界各國面臨能源日益緊缺的情況下，人們已把太陽能作為開發(fā)利用的現(xiàn)代主要新能源之一。因此，向太陽這個取之不盡的能源寶庫索取能量實現(xiàn)人類歷史上的能源變革，已成為今后能源開發(fā)的主要趨向，其中太陽能發(fā)電應(yīng)是提供未來大規(guī)模電力的主力。目前我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)開始興起，而太陽能熱發(fā)電的研究和應(yīng)用仍處相對落后的狀態(tài)，太陽能熱發(fā)電的規(guī)?；攸c決定了其未來發(fā)展的巨大潛力要大于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)目前分為塔式、槽式、碟式、太陽池和太陽能煙?熱氣流發(fā)電五種類型，前三種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)屬聚光型，后兩種屬非聚光型。聚光型熱發(fā)電系統(tǒng)的總體效率較高，但是系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，生產(chǎn)成本昂貴，除了槽式電站進(jìn)入商業(yè)化階段外，其余兩種尚在研究和實驗階段；太陽池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造簡單、建造成本低、發(fā)電成本低，是目前所有太陽能應(yīng)用中最為廉價和便于推廣的一種技術(shù)，不過仍存在一些不足之處:一、池內(nèi)鹽梯度容易被破壞，需要周期性地補(bǔ)充大量的鹽分，增加了運行費用和發(fā)電成本，二是發(fā)電設(shè)備中的蒸發(fā)器和冷凝器都存在換熱端差，致使發(fā)電效率有所降低；太陽能煙?熱氣流發(fā)電系統(tǒng)則有利于改善和重建生態(tài)環(huán)境，但是效率非常低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)造簡單、系統(tǒng)效率高、建造成本低、發(fā)電成本低的池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
本發(fā)明是一種池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它包括蒸發(fā)池、透光頂棚、反光鏡陣列、汽輪發(fā)電機(jī)組、混合式凝汽器、混合溶液管道、溶液泵、冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻塔、空氣冷卻器。
[0005]所述的蒸發(fā)池為添加低沸點工質(zhì)的天然淡水湖泊或人造深水池，蒸發(fā)池內(nèi)液體分成上下兩層，上層是具有一定厚度的低沸點工質(zhì)層，下層是淡水層；所述的透光頂棚由玻璃或薄膜等透明材料制成，透光頂棚完全罩住蒸發(fā)池的上方并與蒸發(fā)池的池面形成密閉空間，透光頂棚的中心位置開設(shè)蒸汽出口 ；所述的反光鏡陣列布置在蒸發(fā)池周圍的山體或建筑上且反光鏡的反射光可照射到蒸發(fā)池的池面；所述的汽輪發(fā)電機(jī)組的蒸汽進(jìn)口與透光頂棚的蒸汽出口連接，汽輪發(fā)電機(jī)組的排汽出口與混合式凝汽器的蒸汽進(jìn)口連接；所述的混合式凝汽器的凝結(jié)液出口通過混合溶液管道與蒸發(fā)池連通，混合溶液管道的出口設(shè)置在蒸發(fā)池淡水層的上方位置，混合溶液管道上裝有溶液泵；所述的冷卻水管道的進(jìn)口與蒸發(fā)池底部連通，冷卻水管道的出口與布置在冷卻塔壁面上的空氣冷卻器的進(jìn)水側(cè)連接，冷卻水管道上裝有冷卻水泵；所述的空氣冷卻器的出水側(cè)通過管道與混合式凝汽器的噴嘴連接。[0006]所述的蒸發(fā)池的深度為20?200m之間，低沸點工質(zhì)層的厚度為0.3?2m之間，工質(zhì)選用不溶于或難溶于水、密度小于水的低沸點有機(jī)工質(zhì)，本發(fā)明例中選用低沸點有機(jī)工質(zhì)正已烷。
[0007]采用上述方案后，本發(fā)明將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的工作過程如下:第一步，太陽光通過直射和反射將輻射能傳遞給蒸發(fā)池內(nèi)的低沸點工質(zhì)液體，低沸點工質(zhì)液體得到熱能變成高壓蒸汽，高壓蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電；第二步，汽輪機(jī)的排汽與冷卻塔送來的冷卻水直接接觸冷凝成混合溶液，混合溶液被送回蒸發(fā)池，低沸點工質(zhì)液體與水由于密度差不互溶自動分離形成分層。綜上可以看出，整個工作過程設(shè)計具備科學(xué)性和簡約性。
[0008]本發(fā)明在能量收集、轉(zhuǎn)換和利用過程中具有以下如下特點:一、本發(fā)明利用蒸發(fā)池完成了太陽能直接向低沸點工質(zhì)蒸汽所需熱能的轉(zhuǎn)換過程，該能量轉(zhuǎn)換過程十分簡單高效，此時蒸發(fā)池相當(dāng)于一個龐大集熱器和一個龐大蒸發(fā)器的集成設(shè)備，蒸發(fā)池的池面既是太陽光的吸收面，又是低沸點工質(zhì)的受熱面和蒸發(fā)面。由于蒸發(fā)池的面積很大，很容易吸收到大量的太陽光，因此集熱效果很好，同時，蒸發(fā)池的整個面積作為低沸點工質(zhì)的受熱面和蒸發(fā)面，具有傳熱量大、蒸發(fā)速率快、蒸發(fā)量大的特點，電站的規(guī)模容易實現(xiàn)大型化。另外，本發(fā)明節(jié)省了常規(guī)系統(tǒng)中集熱器和蒸發(fā)器所需要的金屬耗材，建設(shè)成本大幅度降低。二、本發(fā)明中電站的冷端采用無換熱端差的混合式冷凝器，其熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)使用的表面式冷凝器，提高了電站的效率。
[0009]本發(fā)明與太陽池發(fā)電系統(tǒng)比較，太陽池發(fā)電系統(tǒng)首先用太陽能加熱太陽池底的鹽水，再用泵抽取池底的熱水通過蒸發(fā)器加熱低沸點工質(zhì)得到蒸汽，這個過程由于蒸發(fā)器具有換熱端差必然造成能量損失，同時消耗一定的泵功；而本發(fā)明利用蒸發(fā)池完成了太陽能直接向低沸點工質(zhì)蒸汽所需熱能的轉(zhuǎn)換過程，不需要龐大的蒸發(fā)器，能量轉(zhuǎn)換過程更為簡單，能量轉(zhuǎn)換效率提高，而且建造成本降低。太陽池發(fā)電系統(tǒng)的冷端采用表面式冷凝器，金屬耗材大，熱經(jīng)濟(jì)性差，而本發(fā)明中電站的冷端采用混合式冷凝器，金屬耗材少，熱經(jīng)濟(jì)性聞，電站的效率得到提聞。因此在有日照的條件下，本發(fā)明的熱力循環(huán)效率將聞于太陽池發(fā)電系統(tǒng)的效率，但是在無日照的條件下，本發(fā)明不具備太陽池發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱功能，必須另外設(shè)置蓄熱裝置。
[0010]綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是:系統(tǒng)構(gòu)造簡單、集熱效率高、能量轉(zhuǎn)換效率高、熱力循環(huán)效率高、電站容量大、建造成本低。因此本發(fā)明是太陽能應(yīng)用中非常廉價和便于推廣的一種技術(shù)，適合低成本大規(guī)模生產(chǎn)，可被廣泛應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】中。
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明是一種池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它包括蒸發(fā)池1、透光頂棚2、反光鏡陣列3、汽輪發(fā)電機(jī)組4、混合式凝汽器5、混合溶液管道6、溶液泵7、冷卻水管道8、冷卻水泵9、冷卻塔10、空氣冷卻器11。
[0014]所述的蒸發(fā)池I為添加低沸點工質(zhì)的天然淡水湖泊或人造深水池，其深度為20?200m之間；蒸發(fā)池I內(nèi)液體分成上下兩層，上層是具有一定厚度的低沸點工質(zhì)層SI，下層是淡水層S2。所述的低沸點工質(zhì)層SI的厚度為0.3?2m之間，工質(zhì)選用不溶于或難溶于水、密度小于水的低沸點有機(jī)工質(zhì)，在本實施例中，低沸點工質(zhì)為正已烷。
[0015]所述的透光頂棚2由玻璃或薄膜等透明材料制成，透光頂棚2完全罩住蒸發(fā)池I的上方并與蒸發(fā)池I的池面形成密閉空間，透光頂棚2的中心位置開設(shè)蒸汽出口 ；所述的反光鏡3陣列布置在蒸發(fā)池I周圍的山體或建筑上且反光鏡3的反射光可照射到蒸發(fā)池I的池面；所述的汽輪發(fā)電機(jī)組4的蒸汽進(jìn)口與透光頂棚2的蒸汽出口連接，汽輪發(fā)電機(jī)組4的排汽出口與混合式凝汽器5的蒸汽進(jìn)口連接；所述的混合式凝汽器5的凝結(jié)液出口通過混合溶液管道6與蒸發(fā)池I連通，混合溶液管道6的出口設(shè)置在蒸發(fā)池I淡水層的上方位置，混合溶液管道6上裝有溶液泵7 ;所述的冷卻水管道8的進(jìn)口與蒸發(fā)池I底部連通，冷卻水管道8的出口與布置在冷卻塔10壁面上的空氣冷卻器11的進(jìn)水側(cè)連接，冷卻水管道8上裝有冷卻水泵9 ;所述的空氣冷卻器11的出水側(cè)通過管道與混合式凝汽器5的噴嘴連接。
[0016]本發(fā)明的工作原理:
如圖1所示，太陽光直射和通過反光鏡陣列3反射透過透光頂棚2到達(dá)蒸發(fā)池I的池面，絕大部分的太陽能被均勻分布于蒸發(fā)池I池面由正已烷工質(zhì)構(gòu)成的低沸點工質(zhì)層SI所吸收，本發(fā)明例中低沸點工質(zhì)選用正已烷，小部分太陽能由于太陽光的透射被低沸點工質(zhì)層SI下面附近的水體所吸收。正已烷工質(zhì)吸熱后溫度急劇增加，表面發(fā)生蒸發(fā)過程形成正已烷高壓蒸汽，此時正已烷工質(zhì)所吸收輻射熱量的較大份額轉(zhuǎn)化為自身的加熱量和蒸汽的汽化潛熱，較小份額通過散熱傳遞給低沸點工質(zhì)層SI下面附近的水體。由于低沸點工質(zhì)層SI的熱量通過導(dǎo)熱方式傳遞給其下面附近的水體，再由該水體通過導(dǎo)熱方式繼續(xù)向池底的水體傳遞熱量，使得整個蒸發(fā)池I的溫度隨著池深呈梯度遞減規(guī)律，上層液體(低沸點工質(zhì)層SI)的溫度總是高于下層液體(淡水層S2)的溫度，有效防止了下層池水可能由于溫度較高而產(chǎn)生的豎直方向的自然對流現(xiàn)象，因此蒸發(fā)池I內(nèi)各層液體溫度基本保持恒定，池底水體的溫度最低并且保持基本不變。正已烷高壓蒸汽通過汽輪機(jī)4做功發(fā)電，排汽進(jìn)入混合式冷凝器5，而冷卻水來自于池底的冷水，池底的冷水先經(jīng)過冷卻塔10放熱后形成25°C左右的冷卻水，再進(jìn)入混合式冷凝器5充分接觸并冷凝排汽形成混合溶液，混合溶液通過溶液泵7輸送到蒸發(fā)池I內(nèi)，正已烷工質(zhì)與水由于密度差自動分離，正已烷工質(zhì)向上流動進(jìn)入低沸點工質(zhì)層SI，水流入淡水層S2，從而完成一個熱力循環(huán)。本發(fā)明例中，蒸發(fā)池I的壓力控制在0.1?2.6Mpa之間，以維持蒸發(fā)溫度在70?224°C之間，混合式凝汽器5的壓力控制在0.03Mpa以下，以維持冷凝溫度低于35°C，經(jīng)計算得出最大理論循環(huán)效率可達(dá)51.7%。
[0017]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，各設(shè)備和管路的布置可有多種方式，故不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:它包括蒸發(fā)池、透光頂棚、反光鏡陣列、汽輪發(fā)電機(jī)組、混合式凝汽器、混合溶液管道、溶液泵、冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻塔、空氣冷卻器；所述的蒸發(fā)池為添加低沸點工質(zhì)的天然淡水湖泊或人造深水池，蒸發(fā)池內(nèi)液體分成上下兩層，上層是具有一定厚度的低沸點工質(zhì)層，下層是淡水層；所述的透光頂棚由玻璃或薄膜等透明材料制成，透光頂棚完全罩住蒸發(fā)池的上方并與蒸發(fā)池的池面形成密閉空間，透光頂棚的中心位置開設(shè)蒸汽出口 ；所述的反光鏡陣列布置在蒸發(fā)池周圍的山體或建筑上且反光鏡的反射光可照射到蒸發(fā)池的池面；所述的汽輪發(fā)電機(jī)組的蒸汽進(jìn)口與透光頂棚的蒸汽出口連接，汽輪發(fā)電機(jī)組的排汽出口與混合式凝汽器的蒸汽進(jìn)口連接；所述的混合式凝汽器的凝結(jié)液出口通過混合溶液管道與蒸發(fā)池連通，混合溶液管道的出口設(shè)置在蒸發(fā)池淡水層的上方位置，混合溶液管道上裝有溶液泵；所述的冷卻水管道的進(jìn)口與蒸發(fā)池底部連通，冷卻水管道的出口與布置在冷卻塔壁面上的空氣冷卻器的進(jìn)水側(cè)連接，冷卻水管道上裝有冷卻水泵；所述的空氣冷卻器的出水側(cè)通過管道與混合式凝汽器的噴嘴連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的池面蒸發(fā)型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的蒸發(fā)池的深度為20?200m之間，低沸點工質(zhì)層的厚度為0.3?2m之間，工質(zhì)選用不溶于或難溶于水、密度小于水的低沸點有機(jī)工質(zhì)。
【文檔編號】F03G6/00GK103470460SQ201310374808
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】陳志強(qiáng), 何宏舟, 蔣俊堯, 蔡佳瑩, 林思洋, 趙光慧, 林芳 申請人:集美大學(xué)