太陽能間接與直接蒸發耦合的有機朗肯循環發電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能間接與直接蒸發耦合的有機朗肯循環發電系統，是一種太陽能低溫熱能高效利用新方法與技術，屬于能源與環境技術領域。
【背景技術】
[0002]電力生產在現代生產生活中扮演著越來越重要的角色，可以說電力供應是整個社會發展的瓶頸。一個世紀以來，電力工業嚴重依賴于化石燃料，雖然近年來隨著超臨界朗肯循環等技術的應用，煤電效率逐步提高(現在世界上最新技術已經能達到近50%的熱效率)，但電力工業依然是二氧化碳及二氧化硫嚴重環境污染物主要的排放源，同時隨著石化燃料的枯竭，開采的成本和難度會越來越大，因此加大對新能源開發的力度，減少對化石燃料的依賴，使用更清潔的能源是現在人類的必然選擇。
[0003]太陽的輻射功率達3.8 X 1023kW，其中，地球截取的太陽能輻射能通量為1.7 X 114kff,比核能，地熱和引力能儲量總和還要大5000多倍。據估算，太陽在一月之內輻射到地球上的能量，可抵地球上包括石化燃料、原子能等在內的所有不可再生能源總儲量的10倍之多，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。我國屬太陽能資源相當豐富的國家，國土面積的2/3地區年日照時數大于2200h，單位面積太陽能輻射總量高于5016MJ/m2。因此，研宄太陽能發電技術對我國乃至全人類的持續發展有重要意義。太陽能發電可在不對環境帶來任何污染和公害情況下，將太陽能轉化為電能，太陽能發電被譽為未來最理想的發電方式。
[0004]同時，有機朗肯循環由于使用有機工質，可以在較低的溫度下產生較高壓力的蒸氣，非常適合太陽能等中低溫熱能的應用，將太陽能與有機朗肯循環有機結合起來，建立高效的太陽能有機朗肯循環發電系統，有望成為構建分布式能源供應系統的重要技術措施。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種太陽能間接與直接蒸發耦合的有機朗肯循環發電系統，按溫度高低將將太陽能間接有機朗肯循環發電系統與直接蒸發有機朗肯循環發電系統有機結合在一起，同時根據溫度選擇不同的集熱管，不僅實現了能量的梯級利用，還提高了熱效率，降低了系統的成本。
[0006]解決本實用新型的技術問題所采用的方案是:太陽能間接與直接蒸發耦合的有機朗肯循環發電系統，包括傳熱流體回路、高溫級有機工質回路、低溫級有機工質直接蒸發回路、冷卻水回路，傳熱流體回路與高溫級有機工質回路連接，高溫級有機工質回路通過低溫級有機工質直接蒸發回路與冷卻水回路連接；
[0007]其中傳熱流體回路包括太陽能集熱器1、熱流體罐2、蒸發器4、冷流體罐5，太陽能集熱器I出口一路直接連通至蒸發器4的熱流體進口，另一路通過管道與熱流體罐2連接，熱流體罐2通過傳熱流體循環泵I 3與蒸發器4的熱流體進口連通，蒸發器4的熱流體出口與冷流體罐5連通，冷流體罐5出口通過傳熱流體循環泵II 6與太陽能集熱器I進口連接，同時太陽能集熱器I出口另一路連通至冷流體罐5出口處，被太陽能集熱器I加熱了的傳熱流體與從冷流體罐5出來的傳熱流體混合，被傳熱流體循環泵II 6加壓后進入太陽能集熱器I進行加熱；高溫級有機工質回路包括透平I 7、勵磁發電機I 8、回熱器9、冷凝/預熱器10、儲液罐I 11，傳熱流體回路的蒸發器4冷流體出口分別與透平I 7、回熱器9熱流體進口連接，透平I 7出口與回熱器9熱流體進口連接，回熱器9的熱流體出口與冷凝/預熱器10的熱流體進口連接，冷凝/預熱器10熱流體出口與儲液罐I 11連接，儲液罐I 11通過工質加壓泵I 12與回熱器9的冷流體進口連接，回熱器9的冷流體出口與蒸發器4的冷流體進口連接，透平I 7與勵磁發電機I 8連接；低溫級有機工質直接蒸發回路包括太陽能直接蒸發器13、透平II 14、勵磁發電機II 15、冷凝器16、儲液罐II 17，高溫級有機工質回路的冷凝/預熱器10的冷流體出口與太陽能直接蒸發器13進口連接，太陽能直接蒸發器13出口分別與透平II 14、冷凝器16的熱流體進口連接，透平II 14出口與冷凝器16熱流體進口連接，冷凝器16的熱流體出口與儲液罐II 17進口連接，儲液罐II 17通過工質加壓泵II 18與冷凝/預熱器10的冷流體進口連接，透平II 14與勵磁發電機II 15連接；冷卻水回路包括冷卻塔19、冷卻水泵20，冷凝器16的冷流體出口與冷卻塔19的布水管連接，冷卻塔19通過冷卻水泵20與冷凝器16冷流體進口連接。
[0008]所述太陽能集熱器I為槽式聚光集熱器，太陽能集熱器I的集熱管為帶真空層的集熱管，集熱管包括金屬管和玻璃管，玻璃管套裝在金屬管外，金屬管和玻璃管間為真空。
[0009]太陽能直接蒸發器13中的集熱管包括金屬管和玻璃管，玻璃管套裝在金屬管外，金屬管和玻璃管間為空氣。
[0010]所述高溫級有機工質回路采用R123、R245fa、甲苯、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、環戊烷、庚烷、R113、R11、環己烷、苯、鄰二甲苯、乙基苯、6甲基2硅氧烷、8甲基3硅氧烷、10甲基4硅氧烷或12甲基5硅氧烷及由這些純工質組成的混合工質作循環工質，根據實際需要具體選擇。
[0011]所述低溫級有機工質直接蒸發回路采用R143a、R290、氨、C02、R22、R125、R236fa、R236ea、R134a或R227ea及由這些純工質組成的混合工質作循環工質，根據實際需要具體選擇。
[0012]所述傳熱流體回路使用高溫導熱油。
[0013]所述的熱流體罐、冷流體罐采用圓柱形金屬罐，同時再外部加裝保溫材料，根據實際需要具體確定。
[0014]所述的太陽能集熱器均采用槽式聚光集熱器，提高集熱溫度，太陽能集熱器因為溫度較高，采用帶真空層的集熱管，而太陽能直接蒸發器則溫度較低，采用帶空氣層的集熱管。
[0015]本實用新型依據傳熱流體回路選定的工質種類、高溫級有機工質回路選定的工質種類、低溫級有機工質直接蒸發回路選定的工質種類，按需要的發電容量安裝太陽能集熱器、熱流體罐、傳熱流體循環泵、蒸發器、冷流體罐、透平、勵磁發電機、回熱器、冷凝/預熱器、儲液罐、工質加壓泵、太陽能直接蒸發器、冷凝器、冷卻塔、冷卻水泵及其管路與配件；根據各管路容積計算循環工質的充注量，將循環工質計量充入循環管路中。
[0016]本實用新型的工作原理是:
[0017]從太陽能集熱器I中出來的被加熱了的傳熱流體一路可以通過管路與從冷流體罐5出來的傳熱流體混合，達到預熱效果；一路則進入熱流體罐2中儲存起來，當太陽輻照強度不足時拿來使用；另一路則直接進入蒸發器4熱流體進口，熱流體罐2中的傳熱流體經過傳熱流體循環泵I 3加壓后進入蒸發器4熱流體進口，傳熱流體在蒸發器4中釋放熱量使有機工質蒸發后從蒸發器4熱流體出口出來，進入冷流體罐5進口，接著從冷流體罐5出口出來與被太陽能集熱器I加熱的熱流體混合后一起被傳熱流體循環泵II 6加壓后進入太陽能集熱器I進行加熱，完成一個循環。從蒸發器4冷流體出口出來的有機工質蒸氣一路進入透平I 7膨脹后輸出軸功，帶動勵磁發電機I 8轉動，輸出電能；當有機工質蒸氣達不到發電所需壓力時，則從旁通通過。從透平I 7出口出來的乏氣和達不到壓力的蒸氣均進入回熱器9熱流體進口，在回熱器9中釋放熱量并預熱被工質加壓泵I 12加壓后的有機工質，然后從回熱器9熱流體出口出來，進入冷凝/預熱器10熱流體進口，在冷凝/預熱器10中被冷凝成液體后從冷凝/預熱器10熱流體出口出來，然后進入儲液罐I 11進口，接著從儲液罐I 11出口出來的有機工質經過工質加壓泵12加壓后進入回熱器9冷流體進口，在回熱器9中吸收熱量預熱后從回熱器9冷流體出口出來，然后進入蒸發器4冷流體進口，在蒸發器中吸熱蒸發氣化，完成一個循環。有機工質在冷凝/預熱器10中吸熱預熱后，從冷凝/預熱器10冷流體出口出來，進入太陽能直接蒸發器13進口，在太陽能直接蒸發器13中吸收太陽熱量蒸發氣化后從太陽能直接蒸發器13出口出來，一路進入透平II 14膨脹后輸出軸功，帶動勵磁發電機II 15轉動，輸出電能；當有機工質蒸汽達不到發電所需壓力時，則從旁通通過。從透平II 14出口出來的乏氣和達不到壓力的蒸氣均進入冷凝器16熱流體進口，在冷凝器16中被冷凝成液體后然后從冷凝器16熱流體出口出來，進入儲液罐II 17進口，然后從儲液罐II 17出口出來后被工質加壓泵II 18加壓后進入冷凝/預熱器10冷流體進口，在里面吸熱預熱，完成一個循環。從冷卻塔19出來的冷卻水經冷卻水泵20輸送至冷凝器16中對有機工質回路里的工質進行冷凝，之后返回冷卻塔19的布水管，經過冷卻后進入塔底集水盤，完成一個循環。
[0018]本系統按溫度高低將將太陽能間接有機朗肯循環發電系統與直接蒸發有機朗肯循環發電系統有機結合在一起具有機朗肯循環具有以下有益效果:
[0019](I)實現了能量的梯級利用，同時太陽能間接式發電與直接蒸發發電相結合，提高了熱效率。
[0020](2)高溫級有機工質回路擁有熱流體罐，具有蓄熱功能，能穩定地輸出電能。
[0021](3)根據溫度高低分別采用帶真空的集熱管與不帶真空管的集熱器，減少了成本。
[0022](4)與普通水蒸汽朗肯發電循環相比提高了發電效率。
[0023](5)極大地降低了發電過程有害物質COx、產生與排放。
[0024](6)能將資源十分豐富的低密度太陽能及多種低品位燃料高效地轉化為電能。
[0025](7)便于實現個性化的發電系統，適合對一些不宜集中供電或電力供應不足地區提供電力，如山區、牧區、零星島嶼、散居農家、偏遠地質公園、對供電安全要求極高的軍事基地等。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型發電系統的結構示意圖；
[0027]圖2為傳熱流體回路使用的太陽能集熱器中的集熱管的剖面結構示意圖；
[0028]1-太陽能集熱器；2_熱流體罐；3_傳熱流體循環泵I ;4_蒸發器；5_冷流體罐；6-傳熱流體循環泵II ;7_透平I ;8_勵磁發電機I ;9_回熱器；10-冷凝/預熱器；11-儲液罐I ;12_工質加壓泵I ;13_太陽能直接蒸發器；14-透平II ;15_勵磁發電機II ;16_冷凝器；17-儲液罐II ; 18-工質加壓泵II ; 19-冷卻塔；20_冷卻水泵；21_金屬管；22_真空；23-玻璃管。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步闡述，但本實用新型的保護范圍不限于所述內容。
[0030]實施例1:在昆明地區建一太陽能間接與直接蒸發耦合的有機朗肯循環發電系統，高溫級有機工質回路中發電機的輸出功率為30kW，低溫級有機工質回路中發電機的輸出功率為20kW，總共為50kW。
[0031]該太陽能間接與直接蒸發耦合