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聚光 太阳能蓄电发电装置

阅读：558发布：2020-05-16

专利汇可以提供聚光太阳能蓄电发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明聚光太阳能蓄电发电装置包括聚光太阳能装置、传热工质、传热工质储罐、换热器、压力泵、传输管线、化学蓄电池、整流器、逆变器、一体化换热蒸发储热罐或储热池；动力工质、动力发电机组、冷凝器；温度自动控制和电力自动控制系统等。该装置充分利用聚光太阳能技术建立大功率、规模化高温化学蓄电站，既可以配置给风力或光伏发电站，也可以作为电网削峰填谷的主要蓄电设备，用以平滑电力参数，提高电力质量。该发明属太阳能热发电和蓄能技术领域。，下面是聚光太阳能蓄电发电装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.聚光太阳能蓄电发电装置包括聚光太阳能装置、传热工质、传热工质储罐、换热装置、压力泵、传输管线、化学蓄电池、整流器、逆变器、一体化换热蒸发储热罐或储热池；动力工质、动力发电机组、冷凝器；温度自动控制和电力自动控制系统，其特征在于：聚光太阳能装置由塔式、或菲涅尔、或若干个槽式太阳能聚光阵列串联或并联组成；聚光太阳能装置出口连接设置在化学蓄电池底部的换热装置进口，换热装置出口连接传热工质储罐进口，其出口连接压力泵然后至聚光太阳能装置进口；化学蓄电池是由单体电池组成的电池堆，其输出电压在12伏至5000伏；输出电流在10安培至10000安培；电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器，逆变器连接电网；或将化学蓄电池正负极端口连接直流永磁电动机，并驱动交流发电机直接并网发电；或并联设置逆变器和直流永磁电动机；电网超负荷过载电力经整流器连接化学蓄电池储能蓄电；
1)所述化学蓄电池是指钠硫电池、或钠镍电池、或钠铬电池；或高温液体金属电池；或锂硫电池；所述化学蓄电池包括池体、含固体颗粒和耐火材料的保温层、以单体电池组合构成的电池堆及固定支架、电池正负极接口、熔盐电解质包括四氯铝酸钠熔盐、或硫及硫的改性物；或双氟磺酰亚胺钠和亚胺钾低温结晶点熔盐；储热介质以及布置在化学蓄电池池体周边或底部的由太阳能传热工质、换热管道、储热介质共同组成的换热装置；单体电池直接置入池体内的储热介质中；或将钠镍电池负极集流器设置在固体电解质管内，正极集流器设置在熔盐电解质中，或熔盐电解质兼做传热工质；该化学蓄电池充分利用聚光太阳能技术获得的热能为其提供高温工作环境；
2)所述传热工质为空气、或氮气、或二氧化碳气，或惰性气体氦、氖、氩、氪、氙的其中一种，或水蒸汽、或乙二醇、或丙二醇、或导热油、或三元硝酸类熔盐、氯化钠类低结晶点熔盐、四氯铝酸钠熔盐、或硫及硫的改性物；传热工质储罐串联或并联设置燃油、燃气或电加热器，以保证化学蓄电池安全运行；所述动力工质为水蒸气、二氧化碳气、一氧化氮气、有机工质、氨及氨与水的混合液；
3)所述一体化换热蒸发储热罐或储热池由储热池体、太阳能传热工质换热器、动力工质蒸发器以及储热介质组成；储热介质包括固体储热介质或熔盐储热介质，或两者的混合物；固体储热介质包括玻璃微珠、碳化硅颗粒、陶瓷颗粒、石英流沙颗粒；或水泥熟料、粉煤灰，或经球磨制作的花岗岩、玄武岩、火成岩、石英岩粉粒；或为提高固体储热介质导热系数在其中添加铝粉、铜粉、铁粉；或由金属冶炼产生的铝废渣、铜废渣、铁矿渣、钢渣；或由废弃的金属切削渣制作的颗粒料；或回收的金属粉尘经充分混合成为兼具比热容和导热系数良好的固体储热介质；太阳能传热工质换热器和动力工质蒸发器为具有强化换热功能的板式蒸发器、或盘管式蒸发器、或列管式蒸发器并设置在储热介质中；
4)所述动力发电机组是指朗肯循环、或卡琳娜循环、或布雷顿循环动力发电机组；或以直流永磁大功率电动机直接驱动的交流发电机组。
2.根据权利要求1所述聚光太阳能蓄电发电装置，其特征在于：聚光太阳能装置由塔式太阳能或若干个槽式聚光阵列串联或并联组成；聚光太阳能装置出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池的换热装置进口，换热装置出口连接传热工质储罐进口，其出口连接压力泵然后至聚光太阳能装置进口；一体化换热蒸发储热罐或储热池另一端为蒸发器进出口，该蒸发器出口连接动力发电机组的涡轮透平进口、涡轮透平出口连接冷凝器进口、冷凝器出口连接动力工质储罐或冷凝液储罐进口、其出口连接压力泵进口、压力泵出口连接换热器进口、出口连接涡扇压缩机，其出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进口，完成动力工质膨胀做功循环；化学蓄电池设置在一体化换热蒸发储热罐或储热池上部，利用该储热罐或储热池为化学蓄电池提供高温工作环境；或化学蓄电池的换热装置与一体化换热蒸发储热罐或储热池换热器进出口通过传输管线并联；化学蓄电池电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器，逆变器连接电网；或将化学蓄电池正负极端口连接直流永磁电动机，并驱动交流发电机直接并网发电；电网超负荷过载电力经整流器连接化学蓄电池储能蓄电。
3.根据权利要求1所述聚光太阳能蓄电发电装置，其特征在于：采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的模块化太阳能热发电循环技术；其中聚光太阳能装置进出口分别连接压力泵和传热工质储罐进出口，压力泵出口和传热工质储罐进口与对应的一体化换热蒸发储热罐或储热池的换热器进出口相连接；一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进出口成梯级顺序连接，出口端连接动力发电机组进口，动力发电机组压力泵或换热器出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进口，构成朗肯循环、或卡琳娜循环、或布雷顿循环热发电；同时将化学蓄电池分别并联配置给每个聚光太阳能热循环模块，或设置在一体化换热蒸发储热罐或储热池上部，利用该储热罐或储热池为化学蓄电池提供高温工作环境；
化学蓄电池以电池模块方式或串联、或并联顺序连接至逆变器进入电网，或直接连接直流永磁电动机驱动交流发电机直接并网发电。

说明书全文

聚光太阳能蓄电发电装置

技术领域

[0001] 本发明选择聚光太阳能(CSP)技术和高温化学蓄电技术相结合寻求建立适合工频电网的经济型、规模化、大功率蓄电储能装置。采用聚光太阳能(CSP)技术为高温化学蓄电池建立高温工况环境既可以保证高温化学蓄电池正常工作，同时也可以充分利用蓄电池放电产生的热能与聚光太阳能的储热功能互补。该装置既可以配置给风力或光伏发电站，也可以作为电网削峰填谷的主要蓄电调节装置。该发明属太阳能发电和蓄电技术领域。

背景技术

[0002] 大量可再生能源的使用和智能电网的建立，迫切需要建立大功率、规模化、低成本的储能设备为其配套，目前可选择的蓄电池主要有铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池，其中钠硫电池使用量最大，但是钠硫电池和与其同类的钠镍电池以及新近开发出来的液体金属电池一样，虽然优点突出，蓄电密度高，成本相对较低，但其明显的缺点是需要消耗一定的电功率维持电池本身的高温工作环境，特别是钠硫和钠镍电池的工况温度需保持在200至400度之间，而且在空闲时每个模块需消耗大约100瓦的电功率维持高温热环境。作者在201410004050.7、201410123275.X 专利申请中曾围绕聚光太阳能热发电站配置高温熔盐化学蓄电池做了阐述，其目的是实现太阳能光热发电储能技术的多样性，做到既储热又蓄电，提高聚光太阳能热发电技术的竞争能力。客观说，利用聚光太阳能技术建立大规模高温熔盐蓄电装置是一种结合自身优势产生的一种新技术。作者注意到，在此之前曾有人提出过利用太阳能和地热能为钠硫电池提供热源，例如中国专利申请CN200910131981和美国专利申请US20100243017，很明显，前者在设计上缺乏对光热理论的充分理解，而后者则需获得超深井的支持，所提出的方法均不能满足高温熔盐电池的实际需求。总之，无论是化石能源发电还是可再生能源发电都迫切需要经济性强、蓄电容量大、寿命长和安全可靠的蓄电技术，而高温化学蓄电池则具有这样的基础条件。因此，如何实现聚光太阳能技术和高温化学蓄电技术的有机结合，并作为功率型储能装置配置到现有电网中，就成为我们必须面对的一个全新的研究课题。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是为建立创新型的聚光太阳能蓄电发电装置提出全新的构造和方法。

[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0005] 聚光太阳能蓄电发电装置包括聚光太阳能装置、传热工质、传热工质储罐、换热装置、压力泵、传输管线、化学蓄电池、整流器、逆变器、一体化换热蒸发储热罐或储热池；动力工质、动力发电机组、冷凝器；温度自动控制和电力自动控制系统，主要特征在于：聚光太阳能装置由塔式、或菲涅尔、或若干个槽式太阳能聚光阵列串联或并联组成；聚光太阳能装置出口连接设置在化学蓄电池底部的换热装置进口，换热装置出口连接传热工质储罐进口，其出口连接压力泵然后至聚光太阳能装置进口；化学蓄电池是由单体电池组成的电池堆，其输出电压在12伏至5000伏；输出电流在10安培至10000安培；电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器，逆变器连接电网；或将化学蓄电池正负极端口连接直流永磁电动机，并驱动交流发电机直接并网发电；或并联设置逆变器和直流永磁电动机；电网超负荷过载电力经整流器连接化学蓄电池储能蓄电；

[0006] 1)所述聚光太阳能装置是指槽式、或塔式、或菲涅尔式、或碟式聚光装置；其中槽式聚光太阳能装置是由若干个槽式聚光阵列串联或并联组成；

[0007] 2)所述化学蓄电池是指钠离子或钠硫、或钠镍、或钠铬；或高温液体金属电池；或锂硫电池；所述化学蓄电池包括池体、含固体颗粒和耐火材料的保温层、以单体电池组合构成的电池堆及固定支架、电池正负极接口、熔盐电解质包括四氯铝酸钠(NaAlCl4)熔盐、或硫及硫的改性物；或双氟磺酰亚胺钠(NaFSA)和亚胺钾(KFSA)低温结晶点熔盐；电池正负极分别为金属钠、或镍、或锂、或单质硫及其化合物；或钠锡(Na-Sn)、亚铬酸钠(NaCrO2)合金构成的集流器；储热介质以及布置在化学蓄电池池体周边或底部的由太阳能传热工质、换热管道、储热介质共同组成的换热装置；单体电池直接置入池体内的储热介质中；或将钠镍电池负极集流器设置在固体电解质管内，正极集流器设置在熔盐电解质中，或熔盐电解质兼做传热工质；该化学蓄电池充分利用聚光太阳能技术获得的热能为其提供高温工作环境；

[0008] 3)所述传热工质为空气、或氮气、或二氧化碳气，或惰性气体氦、氖、氩、氪、氙的其中一种，或水蒸汽、或乙二醇、或丙二醇、或导热油、或三元硝酸类熔盐、氯化钠类低结晶点熔盐、四氯铝酸钠熔盐、或硫及硫的改性物；传热工质储罐串联或并联设置燃油、燃气或电加热器，以保证化学蓄电池安全运行；所述动力工质为水蒸气、二氧化碳气、一氧化氮气、有机工质、氨及氨与水的混合液；

[0009] 4)所述一体化换热蒸发储热罐或储热池由储热池体、太阳能传热工质换热器、动力工质蒸发器以及储热介质组成；储热介质包括固体储热介质或熔盐储热介质，或两者的混合物；固体储热介质包括玻璃微珠、碳化硅颗粒、陶瓷颗粒、石英流沙颗粒；或水泥熟料、粉煤灰，或经球磨制作的花岗岩、玄武岩、火成岩、石英岩粉粒；或为提高固体储热介质导热系数在其中添加的金属粉末如铝粉、铜粉、铁粉；或由金属冶炼产生的废渣如铝废渣、铜废渣、铁矿渣、钢渣；或由废弃的金属切削渣制作的颗粒料；或回收的金属粉尘经充分混合成为兼具比热容和导热系数良好的固体储热介质；太阳能传热工质换热器和动力工质蒸发器为具有强化换热功能的板式蒸发器、或盘管式蒸发器、或列管式蒸发器并设置在储热介质中；

[0010] 5)所述动力发电机组是指由蒸发器、涡轮透平或螺杆动力机、冷凝器、压力泵、动力工质储罐或冷凝液储罐，或涡扇压缩机、或换热器、发电机共同组成的朗肯循环、或卡琳娜循环、或布雷顿循环动力发电机组；或以直流永磁大功率电动机直接驱动的交流发电机组。

[0011] 或聚光太阳能装置出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池的换热装置进口，换热装置出口连接传热工质储罐进口，其出口连接压力泵然后至聚光太阳能装置进口；一体化换热蒸发储热罐或储热池另一端为蒸发器进出口，该蒸发器出口分别顺序连接动力发电机组的涡轮透平或螺杆动力机、冷凝器、动力工质储罐或冷凝液储罐、或压力泵、或换热器、或涡扇压缩机，经压力泵或换热器送出的动力工质输入到一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进口，完成动力工质膨胀做功循环；化学蓄电池设置在一体化换热蒸发储热罐或储热池上部，利用该储热罐或储热池为化学蓄电池提供高温工作环境；或化学蓄电池的换热装置与一体化换热蒸发储热罐或储热池换热器进出口通过传输管线并联；化学蓄电池电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器，逆变器连接电网；或将化学蓄电池正负极端口连接直流永磁电动机，并驱动交流发电机直接并网发电；电网超负荷过载电力经整流器连接化学蓄电池储能蓄电。

[0012] 采用中国专利201420148800.3独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的模块化太阳能热发电循环技术；聚光太阳能装置由塔式、或菲涅尔、或若干个槽式聚光阵列串联或并联组成；聚光太阳能装置为模块化设置；其中聚光太阳能装置进出口分别连接压力泵和传热工质储罐进出口，压力泵出口和传热工质储罐进口与对应的一体化换热蒸发储热罐或储热池的换热器进出口相连接；一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进出口成梯级顺序连接，出口端连接动力发电机组进口，动力发电机组压力泵或换热器出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池的蒸发器进口，构成朗肯循环、或卡琳娜循环、或布雷顿循环热发电；同时将化学蓄电池分别并联配置给每个聚光太阳能热循环模块，或设置在一体化换热蒸发储热罐或储热池上部，利用该储热罐或储热池为化学蓄电池提供高温工作环境；化学蓄电池以电池模块方式或串联、或并联顺序连接至逆变器进入电网，或直接连接直流永磁电动机驱动交流发电机直接并网发电。

[0013] 本发明新颖之处在于，聚光太阳能装置无论是槽式、塔式、菲涅尔或碟式均可提供摄氏200至600度甚至更高的工况温度，而化学蓄电池如钠硫、钠镍以及液态金属电池所需工况温度一般在摄氏100至500度，而且这些蓄电池在放电期间还会产生热能，因此，聚光太阳能装置主要是在光照充足期间为化学蓄电池补热即可保证其连续运行。而化学蓄电池因为不再需要单独配备加热及其控制系统，则可以简化电池结构，增加化学蓄电池体积和比表面积，提高其功率密度，以适应大功率蓄能需要。由于该蓄电站电压高、功率大，因此可以不经逆变器提升电压连接电网，而改由化学蓄电池连接直流永磁电动机直接驱动交流发电机并网发电，这就从根本上克服了经逆变器输入电网谐波分量过大的缺陷。附图说明

[0014] 图1是本发明塔式聚光太阳能蓄电发电装置示意图

[0015] 图2是本发明钠镍化学蓄电池装置构造示意图

[0016] 图3是本发明槽式布雷顿循环聚光太阳能蓄电发电装置示意图

[0017] 图4是本发明槽式梯级循环聚光太阳能蓄电发电装置示意图

[0018] 其中：1聚光太阳能装置、2化学蓄电池、3传热工质罐、4压力泵、5整流器、6电网、7逆变器、8交流发电机、9直流永磁电动机、10换热装置、11化学蓄电池体、12单体蓄电池、13熔盐电解质、14正极集流器、15负极集流器、16布雷顿动力发电机、17换热器、18冷凝器、19朗肯循环动力发电机、20一体化换热蒸发储热池、21涡扇压缩机

具体实施方式

[0019] 方案1

[0020] 聚光太阳能装置1出口连接化学蓄电池2的换热装置10进口，换热装置10出口连接传热工质储罐3进口，其出口连接压力泵4后至聚光太阳能装置1进口；化学蓄电池2由单体电池组成电池堆，其输出电压在12伏至5000伏；输出电流在10安培至10000安培；电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器7，逆变器7连接电网6；或不设置逆变器7，而将化学蓄电池2正负极端口连接直流永磁大功率电动机9，并驱动大功率交流发电机8直接并网发电；电网送来的超负荷过载富裕电力经整流器连接化学蓄电池2储能蓄电。

[0021] 方案2

[0022] 以图3为例说明，聚光太阳能装置1出口连接一体化换热蒸发储热罐或储热池20的换热装置10进口，其出口连接压力泵4然后至聚光太阳能装置1进口；一体化换热蒸发储热池20另一端为蒸发器进出口，其出口分别顺序连接布雷顿动力发电机组16的涡轮透平动力机、换热器17、冷凝器18、涡扇压缩机21，再经换热器17到一体化换热蒸发储热池20的蒸发器进口，实现动力工质膨胀循环做功；化学蓄电池2设置在一体化换热蒸发储热池20上部，利用该储热罐或储热池20为化学蓄电池2提供高温工作环境；电池堆经串联或并联后其正负极端口分别连接逆变器7，逆变器7连接电网6；或将化学蓄电池2正负极端口连接直流永磁电动机9，并驱动交流发电机8直接并网发电；电网6送来的超负荷过载富裕电力经整流器5连接化学蓄电池2储能蓄电。

[0023] 方案3

[0024] 采用独立循环储热蓄电和梯级换热蒸发的模块化太阳能热发电技术，其热电循环模式如同中国专利201420148800.3一样，只是需要采用方案2的方式将化学蓄电池2分别设置在每个模块的一体化换热蒸发储热池20上部，利用该储热罐或储热池20为化学蓄电池2提供高温工作环境；或配置给每个聚光太阳能装置1模块的化学蓄电池2的换热装置10通过传输管线与一体化换热蒸发储热罐或储热池20换热器17进出口并联；化学蓄电池2以电池堆模块方式或串联或并联顺序连接至逆变器7进入电网，或连接直流永磁电动机9驱动交流发电机8直接并网发电。如图4所示。

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聚光太阳能蓄电发电装置

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