穹式陣列太陽能熱電和風電系統的製作方法

2023-06-24 07:46:26

專利名稱：穹式陣列太陽能熱電和風電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能熱能發電和太陽能真空風能發電技術。
背景技術：
目前國內外尚無太陽能熱能和太陽能風能綜合循環-互補發電系統。國際上較為成功的為單一性的太陽能熱發電系統，主要有槽式、塔式、碟式三大類型。其中槽式拋物面太陽能熱發電系統已有商業化運行實例，如美國在加州Mojave沙漠相繼建造的九座槽式拋物面太陽能熱發電站，總裝機容量353. 8MW,總投資10億美元，年發電量8億KWh。塔式和碟式，目前仍處於試驗階段。理論上，太陽能熱發電較之太陽能光伏發電具有絕對優越性，如對太陽能能量的利用率更高，生產技術和材料更簡單通用、投資和運營成本更低，更適合大功率開發，更易於併網等等。但是，槽式、塔式、碟式太陽能熱發電系統仍然因為建設成本過高、運行維護難度大等方面的問題而難以大規模推廣運用。此外，槽式、塔式、碟式三大類型的太陽能熱發電系統均存在一定的技術瓶頸和生產工藝難題，如槽式拋物面太陽能熱發電系統幾何聚光比和聚熱效率低，峰值集熱效率下降快，須採用特殊的真空集熱管和集熱工質，拋物面反光面笨重，自潔能力差，佔地面積較大等；塔式太陽能熱發電系統，佔地更為廣大，成本更高，定日鏡及自動跟蹤系統成本達到總成本的52%以上，峰值熱效率下降等；槽式和塔式均須採用高壓汽輪機，工作溫度450°C以上，工作壓力2. 5Mpa以上，生產工藝要求較高。碟式太陽能熱發電系統尚屬研發階段，只適於小型化生產，一般低於30KW，且必須與斯特林發動機匹配，成本高，推廣難度更大。目前國內外的風力發電站場，均為自然風力發電，主要缺餡有成本高昂、效率較低、佔地巨大、地理位置非常受限、躁音幹擾嚴重、運營維護難等。

發明內容
本發明的目的在於針對上述狀況，提供一種新型的臥式拋物面陣列菲涅爾聚光鏡三維聚光集熱技術和穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱技術，以及與多種新型渦輪發電機相匹配的低壓太陽能熱發電技術和太陽能真空風能發電技術。本發明採用了兩種菲涅爾聚光鏡三維立體聚光集熱方式1、臥式拋物面陣列菲涅爾聚光透鏡和菲涅爾聚光反射鏡三維聚光集熱根據焦距的距離，將數塊菲涅爾聚光透鏡7按環形陣列設置於臥式拋物面聚焦器 5上半部，採用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對溫度交流器9的頂部進行聚光集熱。將數塊菲涅爾聚光反射鏡12按環形陣列設置於臥式拋物面聚焦器5下半部，採用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對溫度交流器9底部進行聚光集熱。 同理，將數塊菲涅爾聚光透鏡38按環形陣列設置於環形陣列聚焦器41上半部，採用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對過熱蒸汽乾燥器40的頂部進行聚光集熱。將數塊菲涅爾聚光反射鏡43按環形陣列設置於環形陣列聚焦器41下半部，採用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對過熱蒸汽乾燥器40的底部進行聚光集熱。2、穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱將數塊菲涅爾聚光透鏡18按焦距距離設置於穹式陣列聚焦器17頂部和兩側，分列三個陣列，太陽光自上而下透過菲涅爾聚光透鏡，分別向蒸汽發生器20的頂部和兩個側面進行聚光集熱。本發明的熱發電技術方案為臥式拋物面聚焦器5通過菲涅爾聚光透鏡7、菲涅爾聚光反射鏡12聚焦太陽光，分別對溫度交流器9的頂部、底部進行聚光集熱，使溫度交流器9產生設定溫度的熱水，熱水經中溫水管10、溫控止回閥16進入蒸汽發生器20。穹式陣列聚焦器17通過菲涅爾聚光透鏡18，進一步對蒸汽發生器20中的熱水進行聚光加熱，使之產生蒸汽，多級汽水分離裝置27將蒸汽進行汽、水分離。穹式陣列聚焦器 17同時對蒸汽發生器20中的蒸汽進行加熱乾燥，初步乾燥後的蒸汽經內蒸汽管25、外蒸汽管32進入過熱蒸汽乾燥器40中。環形陣列聚焦器41通過菲涅爾聚光透鏡38、菲涅爾聚光反射鏡43聚集陽光，對過熱蒸汽乾燥器40進行聚焦集熱，使過熱蒸汽發生器40內蒸汽溫度達到設定工作溫度 250°C、工作壓力1.5Mpa、乾燥度大於98%。過熱蒸汽經過熱蒸汽管47，推動新型蒸汽渦輪機49帶動交流發電機50發電。本發明的太陽能真空風力發電技術方案為穹式陣列聚焦器17、玻璃保溫罩31、抽風管33，形成一閉合的太陽能聚熱、保溫真空區間。穹式陣列聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18，對蒸汽發生器20進行聚光加熱的同時也對真空區間內空氣進行加熱，真空區內形成人造太陽風，冷氣流從改進型渦輪風力機沈的進風口流入，熱氣流從抽風管33的頂部抽風口流出，冷熱空氣的對流，同時推動改進型渦輪風力機26和改進增強型Φ-達裡厄風機35，帶動風力發電機發電。零部件列表1-進水閘閥，2-壓水泵，3-止回閥，4-冷水壓力管，5-臥式拋物面聚焦器，6_聚焦器支架，7-菲涅爾聚光透鏡，8-透鏡微調器，9-溫度交流器，10-中溫水管，11-插入式加熱器，12-菲涅爾聚光反射鏡，13-反射鏡微調器，14-雙軸自動跟蹤器，15-水管支架，16-溫控止回閥，17-穹式陣列聚焦器，18-菲涅爾聚光透鏡，19-雙軸自動跟蹤器，20-蒸汽發生器， 21-水位閥，22-檢視口，23-安全閥，24-溫度計，25-內蒸汽管網，26-改進型渦輪風力發電機，27-汽水分離裝置，28-插入式加熱器，29-水壓控制閥，30-減壓水管，31-玻璃保溫罩， 32-外蒸汽管網，33-抽風管，34-風力機支座，35-改進增強型Φ-達裡厄，36-風力發電機傳動裝置，37-避雷針，38-菲涅爾聚光透鏡，39-透鏡微調器，40-過熱蒸汽乾燥器，41-環形陣列聚焦器，42-反射鏡微調器，43-菲涅爾聚光反射鏡，44-插入式加熱器，45-雙軸自動跟蹤器，46-聚熱器支架，47-過熱蒸汽管，48-渦輪機控制閥，49-新型蒸汽渦輪機，50-交流發電機，51-蒸汽冷凝器，52-循環水控制閥，53-減壓閥，54-儲存器蒸汽管，55-潛式蒸汽儲存器，56-補償器蒸汽管，57-補償器控制閥，58-蒸汽自動補償器，59-保溫墊層，60-地坪。


本發明將基於示範性的實施例結合附圖詳細闡述。附圖中圖1顯示本發明實施例之臥式拋物面聚焦器主示意2顯示本發明實施例之臥式拋物面聚焦器側示意3顯示本發明實施例之穹式陣列聚焦器主示意4顯示本發明實施例之穹式陣列聚焦器側示意5顯示本發明實施例之蒸汽發生器示意6顯示本發明實施例之環形陣列聚焦器主示意7顯示本發明實施例之環形陣列聚焦器側示意圖
圖8顯示本發明實施例之運行線路示意圖
具體實施例方式圖1、圖2中，臥式拋物面聚焦器5、菲涅爾聚光透鏡7、透鏡微調器8、菲涅爾聚光反射鏡12、反射鏡微調器13、雙軸自動跟蹤器14，構成第一級聚光集熱系統。數塊菲涅爾聚光透鏡7按不同焦距環形陣列設置於臥式拋物面聚焦器5上半部，透鏡微調器8、雙軸自動跟蹤器14，自動跟綜太陽光，採用透鏡折射聚光原理聚焦太陽光，自上而下對溫度交流器9 的頂部進行聚光集熱。數塊菲涅爾聚光反射鏡12按不同焦距環形陣列設置於臥式拋物面聚焦器5下半部，反射鏡微調器13、雙軸自動跟蹤器14，自動跟綜太陽，採用反射鏡反射聚光原理聚焦太陽光，自下而上對溫度交流器9底部進行聚光集熱。溫度交流器9中產生設定溫度的熱水，熱水經中溫水管10、溫控止回閥16進入蒸汽發生器20。圖3、圖4中，穹式陣列聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18、雙軸自動跟蹤器19，構成第二級聚光集熱系統。雙軸自動跟蹤器19自動跟綜太陽光。數塊菲涅爾聚光透鏡18按焦距距離設置於穹式陣列聚焦器17頂部和兩側，分列三個陣列，自上而下，分別向蒸汽發生器 20的頂部和兩個側面進行聚光集熱，使之產生蒸汽，多級汽水分離裝置27將蒸汽進行汽、 水分離。穹式陣列聚焦器17同時對蒸汽發生器20中的蒸汽進行加熱乾燥，初步乾燥後的蒸汽經內蒸汽管25、外蒸汽管32進入過熱蒸汽乾燥器40中。圖6、圖7中，環形陣列聚焦器41、菲涅爾聚光透鏡38、透鏡微調器39、菲涅爾聚光反射鏡43、反射鏡微調器42、雙軸自動跟蹤器45，構成第三級聚光集熱系統。菲涅爾聚光透鏡38按焦距距離環形陣列設置於環形陣列聚焦器41上半部，自下而上對過熱蒸汽乾燥器 40的頂部進行聚光集熱。菲涅爾聚光反射鏡43按焦距距離環形陣列設置於環形陣列聚焦器41下半部，自下而上對過熱蒸汽乾燥器40的底部進行聚光集熱。過熱蒸汽發生器40內產生符合設定工作溫度250°C、工作壓力1.5Mpa、乾燥度大於98%的過熱蒸汽。圖1至圖7顯示，臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚焦器17、環形陣列聚焦器41三級聚焦器均採用橫臥式。其中臥式拋物面聚焦器5、環形陣列聚焦器41略高於地面，穹式陣列聚焦器17置於地面，充分利用菲涅爾聚光透鏡透光折射聚焦原理、菲涅爾聚光透鏡焦距可調原理和拋物面聚焦原理，將受熱體溫度交流器9、蒸汽發生器20、過熱蒸汽乾燥器40分別置於臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚焦器17、環形陣列聚焦器41的焦點處，用菲涅爾聚光透鏡從上而下透光聚焦集熱，徹底解決了塔式熱電系統必須建高大塔架和巨大定日鏡場集熱、槽式系統聚熱效率低、碟式系統無法大型化的矛盾。
同理，充分利用菲涅爾聚光反射鏡反射光折射聚焦原理、菲涅爾聚光反射鏡焦距可調原理和拋物面聚焦原理，臥式拋物面聚焦器5、環形陣列聚焦器41同時用菲涅爾聚光反射鏡從下往上反射太陽光，形成了三維立體聚焦系統。圖3、圖4、圖5中，蒸汽發生器20設計成凸型，穹式陣列聚焦器17上的菲涅爾聚光透鏡18按焦距排列成頂部和兩側部三個聚焦陣列，分別向蒸汽發生器20的頂部和兩個側面進行聚光集熱，主要是為了解決菲涅爾聚光透鏡從上而下對蒸汽發生器20的頂部聚光集熱時難以對蒸汽發生器20中的介質直接進行加熱的矛盾。圖8中，溫度交流器9、蒸汽發生器20、內蒸汽管網25、汽水分離裝置27、外蒸汽管網32、過熱蒸汽乾燥器40、過熱蒸汽管47、渦輪機控制閥48、新型蒸汽渦輪機49、交流發電機50，構成蒸汽發電運行系統。過熱蒸汽乾燥器40中產生的過熱蒸汽經過熱蒸汽管47，推動新型蒸汽渦輪機49帶動交流發電機50發電。圖3、圖4、圖8中，穹式列陣聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18、雙軸自動跟蹤器19、玻璃保溫罩31、抽風管33、改進型渦輪風力機沈和改進增強型Φ-達裡厄風機35，構成太陽能真空風力運行系統。穹式列陣聚焦器17、菲涅爾聚光透鏡18，對蒸汽發生器20進行聚光加熱的同時也對真空區間內空氣進行加熱，真空區內形成人造太陽風，冷氣流從改進型渦輪風力機26的進風口流入，熱氣流從抽風管33的頂部抽風口流出，冷熱空氣的對流，同時推動改進型渦輪風力機26和改進增強型Φ-達裡厄風機35，帶動風力發電機發電。圖8中，減壓閥53、儲存器蒸汽管M、潛式蒸汽儲存器55、補償器蒸汽管56、補償器控制閥57、蒸汽自動補償器58，構成安全減壓、蒸汽儲存和蒸汽自動補償系統。當蒸汽發電系統內蒸汽壓力超過工作壓力或蒸汽量有餘時，蒸汽通過減壓閥53、儲存器蒸汽管討進入潛式蒸汽儲存器陽儲存。夜間及太陽光較差時，蒸汽自動補償器58自動開啟(渦輪機控制閥48自動閉合)，儲存器陽內的蒸汽自動補償給蒸汽渦輪機49帶動發電機50發電。本發明採用了兩種菲涅爾聚光鏡三維立體聚光集熱技術和臥式拋物面聚焦器5、 穹式陣列聚焦器17、環形陣列聚焦器41三種聚焦器構造形式，並採用三級遞增加熱方式逐級加熱。本發明採用的兩種菲涅爾聚光集熱技術、三種聚焦器構造形式、三級遞增加熱方式均可聯合運用又可獨立作為聚光集熱系統使用。本發明的太陽能熱能發電技術和太陽能真空風能發電技術既可聯合循環運用，也可分系統單獨運用。
權利要求
1.穹式陣列太陽能熱電和風電系統，其特徵在於採用臥式拋物面陣列菲涅爾聚光透鏡、菲涅爾聚光反射鏡三維聚光集熱和穹式陣列菲涅爾聚光鏡聚光集熱兩種聚光集熱方式，由菲涅爾聚光透鏡(7)、菲涅爾聚光反射鏡(12)、雙軸自動跟蹤器(14)，構成臥式拋物面聚焦器(5)。菲涅爾聚光透鏡(18)、雙軸自動跟蹤器(19)，構成穹式陣列聚焦器(17)。菲涅爾聚光透鏡(38)、菲涅爾聚光反射鏡(43)、雙軸自動跟蹤器(45)，構成環式聚焦器01)。 臥式拋物面聚焦器(5)、穹式陣列聚焦器(17)、環式陣列聚焦器構成三種聚焦集熱構造形式。臥式拋物面聚焦器( 對溫度交流器(9)進行聚光集熱，使溫度交流器(9)產生設定溫度的熱水，熱水經溫控止回閥(16)進入蒸汽發生器00)。穹式陣列聚焦器(17)對蒸汽發生器OO)中的熱水進行聚光加熱，使之產生蒸汽，汽水分離裝置(XT)將蒸汽進行汽、 水分離。穹式陣列聚焦器(17)同時對蒸汽發生器OO)中的蒸汽進行加熱乾燥，乾燥後的蒸汽進入過熱蒸汽乾燥器GO)中。環形陣列聚焦器Gl)對過熱蒸汽乾燥器GO)進行聚光集熱，使過熱蒸汽發生器GO)產生符合設定工作溫度250°C、工作壓力1.5MI^和乾燥度大於98%的過熱蒸汽，從而推動新型蒸汽渦輪機09)帶動交流發電機(50)發電。
2.根據權利要求1所述的穹式陣列太陽能熱電和風電系統，另一特徵在於穹式陣列聚焦器(17)、玻璃保溫罩(31)，形成一閉合的太陽能聚熱、保溫真空區間。穹式陣列聚焦器 (17)對蒸汽發生器OO)進行聚光加熱的同時也對真空區間內空氣進行加熱，真空區內形成人造太陽風，冷氣流從改進型渦輪風力機06)的進風口流入，熱氣流從抽風管(3 的頂部抽風口流出，冷熱空氣的對流，同時推動改進型渦輪風力機06)和改進增強型Φ-達裡厄風機(35)，帶動風力發電機發電。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能熱能和太陽能真空風能發電技術。其特徵以臥式拋物面聚焦器5、穹式陣列聚熱器17、環形陣列聚熱器41，分別向溫度交流器9、蒸汽發生器20、過熱蒸汽發生器40進行三維聚光集熱，多級汽水分離裝置27進行汽、水分離，過熱蒸汽發生器40產生工作壓力1.5Mpa、乾躁度超過98％的過熱蒸汽，推動蒸汽渦輪發電機50發電。穹式陣列聚熱器17、玻璃保溫罩31形成保溫真空區並產生人造太陽風，推動渦輪風力機26和35，帶動風力發電機發電。
文檔編號F01D15/10GK102486167SQ20111025546
公開日2012年6月6日 申請日期2011年8月24日 優先權日2010年12月1日
發明者毛楚楚 申請人:毛楚楚