一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統的制作方法
【專利說明】一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，屬于光熱發電技術領域。
【背景技術】
[0003]塔式太陽能熱發電技術已經在全球范圍內引起能源領域的廣泛興趣，以熔鹽作為傳熱介質的塔式光熱發電系統具有功率大，效率高，儲熱能力強，運行穩定等優點。典型的塔式熔鹽光熱發電系統的吸熱器安裝于聚光塔塔頂，吸熱器由吸熱管密集排布而成，管徑較細，管壁較薄，在運行過程中吸熱管容易出現凍堵及過熱工況，影響系統的正常運行，且需要高功率的熔鹽栗將工質栗送至聚光塔頂，系統自耗電較高。
[0004]為了避免典型塔式熔鹽光熱系統的各種技術風險，通過二次反射塔改變光路，將吸熱器置于地面的二次反射光熱技術應運而生。二次反射聚光系統包括定日境場、二次反射塔和吸熱器，太陽光線經定日鏡場匯聚至二次反射塔，二次反射塔將定日鏡場聚焦的太陽光線進行二次聚焦，二次反射塔將太陽光線二次聚焦至吸熱器。該系統的定日鏡場多采用360°全周鏡場，二次反射鏡多采用旋轉雙曲面，光學系統光軸為該曲面的旋轉軸，光軸沿豎直方向。地面吸熱器開口朝上，吸熱器所使用的傳熱工質以熔鹽、超臨界二氧化碳、氣體、固體顆粒等。
[0005]—個采用二次反射技術的電站，通常采用多個二次反射塔，每個塔正下方有一個吸熱器，產生的熱工質通過互聯管道匯集到常規島中的大容量蓄熱罐中供電站調配發電。
[0006]但對于中高瑋度地區，南鏡場的光學效率比北鏡場低很多，同樣的能量輸出需要更多的定日鏡。現有的二次反射鏡場多采用環狀布局，鏡場的南北跨度和東西跨度相差不大，且單塔單模塊規模較大，在電站模塊化布局時會浪費大量的土地;現有的二次反射鏡光軸都是沿豎直方向的，且每座塔下設置一臺吸熱器，加熱后的工質需要通過較長的管道匯聚到常規島中的大容量蓄熱罐，熱工運行模式較復雜，長距離管道散熱較大。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于:針對目前技術不能滿足現有的需要，提供一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，該系統只選用北鏡場余弦效率最高的區域，最大限度地提高了光學效率，同等規模下節省了定日鏡數量，電站單位成本大幅降低，采用狹長的橢圓形或菱形單側鏡場，進行鏡場模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費。
[0008]本發明所采用的技術方案是:一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，由若干鏡場組合模塊和一個吸熱器組成，所述的每個鏡場組合模塊均由鏡場和二次反射塔構成，鏡場通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內，其中，鏡場由若干定日鏡組成的呈橢圓形鏡場或菱形鏡場，鏡場組合模塊之間緊密排布在一起。
[0009]在本發明中:所述的鏡場為二次反射塔下余弦效率最高區域的北鏡場。
[0010]在本發明中:所述的二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點即吸熱器內。
[0011]本發明的有益效果:
1.只選用北鏡場余弦效率最高的區域，最大限度地提高了光學效率，同等規模下節省了定日鏡數量，電站單位成本大幅降低；
2.采用狹長的橢圓形或菱形單側鏡場，進行鏡場模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費；
3.為每塊鏡場定制了不同焦距的二次反射鏡(雙曲面或橢球面)，各鏡場的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點，并共同匯聚到近地面處的吸熱器內(公共下焦點)，實際操作中可以達到任意高的聚光比。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的系統示意圖；
圖2是本發明中的橢圓鏡場的系統示意圖；
圖3是本發明中的菱形鏡場的系統示意圖；
圖4是本發明中北半球春分日余弦效率分布圖。
[0013]其中:1.鏡場;2.二次反射塔;3.二次反射光線;4.吸熱器。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0015]實施例1
本實施例采用橢圓形鏡場，如圖2所示，一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，包括7個鏡場組合模塊和一個吸熱器4組成，鏡場組合模塊之間緊密排布在一起，呈前三后四的排列方式，其中每個鏡場組合模塊均由一個橢圓形鏡場I和一個二次反射塔2構成，橢圓形鏡場I通過二次反射塔2中的二次反射鏡將二次反射光線3匯聚到近地面的吸熱器4內，且前排二次反射塔2的高度須不遮擋后排二次反射塔2將二次反射光線3反射到吸熱器4內即可。
[0016]
實施例2
本實施例采用菱形鏡場，如圖3所示，一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，包括7個鏡場組合模塊和一個吸熱器4組成，鏡場組合模塊之間緊密排布在一起，呈前三后四的排列方式，其中每個鏡場組合模塊均由一個菱形鏡場I和一個二次反射塔2構成，菱形鏡場I通過二次反射塔2中的二次反射鏡將二次反射光線3匯聚到近地面的吸熱器4內，且前排二次反射塔2的高度須不遮擋后排二次反射塔2將二次反射光線3反射到吸熱器4內即可。其中，二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點即吸熱器內。數學上的雙曲面或橢球面都有兩個焦點，會聚光對準其中一個焦點入射，反射到另一個焦點，這里的上焦點就是二次反射鏡背面空中的一個虛擬點，而下焦點就是吸熱器開口處。由于這樣的二次反射模塊可以在空間上任意組合，其在吸熱器處的聚光比是任意疊加的，所以可以達到任意高聚光比。
[0017]如圖4所示，圖中縱橫坐標代表鏡場的平面尺寸，云紋分布圖表示了春分正午時的余弦效率值，顏色越淺，效率越高。本發明中的橢圓形鏡場或者菱形鏡場I選用了北半球余弦效率最高的區域，由于定日鏡都是跟著太陽轉動的，但不面對太陽，其反射面法線與太陽入射角必然成某個角度，且每個位置不同時刻都在變化，在設計鏡場時通常取春分正午的余弦分布來逼近全年的均值。每塊鏡場I對應的二次反射塔2都位于圖4的“白色圓圈位置”，相比于典型二次反射的圓形鏡場，整體效率大幅提升，從而大幅降低了同等規模系統中的定日鏡數量。
[0018]在實際操作中，可以根據需要，圖2和圖3中的鏡場組合模塊還可以不斷擴展，鏡場組合模塊可以根據地形的形狀具體布置，從而實現極高的電站裝機容量，并在吸熱器焦平面處達到任意高的聚光比，從而驅動各種溫度點的換熱工質，并在同等溫度下將吸熱器效率提升到極致。
[0019]不嚴重影響余弦效率的前提下，鏡場組合模塊中的二次反射塔可以不在同一高度上，水平面內的位置也可以小幅調整，前后排的二次塔有高度差，從而可以有效的防止前排二次反射塔對后排的遮擋。
[0020]以上對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但本發明并不限于以上描述。對于本領域的技術人員而言，任何對本技術方案的同等修改和替代都是在本發明的范圍之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。
【主權項】
1.一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，其特征在于:由若干鏡場組合模塊和一個吸熱器組成，所述的每個鏡場組合模塊均由鏡場和二次反射塔構成，鏡場通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內，其中，鏡場由若干定日鏡組成的呈橢圓狹長鏡場或菱形鏡場，鏡場組合模塊之間緊密排布在一起。2.根據權利要求1所述一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，其特征在于:所述的鏡場為二次反射塔下余弦效率最高區域的北鏡場。3.根據權利要求1所述一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，其特征在于:所述的二次反射鏡為不同焦距的雙曲面或橢球面的反射境，各鏡場的光線都聚焦到各自二次反射鏡的上焦點，并共同匯聚到近地面處的公共下焦點即吸熱器內。
【專利摘要】本發明涉及一種多二次反射塔共焦點的太陽能光熱鏡場系統，由若干鏡場組合模塊和一個吸熱器組成，所述的每個鏡場組合模塊均由鏡場和二次反射塔構成，鏡場通過二次反射塔中的二次反射鏡將二次反射光線匯聚到近地面的吸熱器內，其中，鏡場由若干定日鏡組成的呈橢圓形鏡場或菱形鏡場，鏡場組合模塊之間緊密排布在一起。本發明能設計合理，只選用北鏡場余弦效率最高的區域，最大限度地提高了光學效率，同等規模下節省了定日鏡數量，電站單位成本大幅降低，采用狹長的橢圓形或菱形單側鏡場，進行鏡場模塊化組合的策略更加靈活，大大降低了土地的浪費。
【IPC分類】F24J2/10, F24J2/34
【公開號】CN105674588
【申請號】CN201610200839
【發明人】游思梁, 沈平, 孫楠, 宋士雄, 陳煜達
【申請人】上海晶電新能源有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月5日