技术领域
[0001] 本
发明涉及耦合发电利用领域，具体涉及一种碟式光热耦合燃气斯特林发电系统及发电方法。
背景技术
[0002] 随着全球
能源消愈发紧张，人们对环境的关注目益加强。能源短缺和环境污染已经成为影响人们生活和制约社会发展的重要课题，世界各国都在努
力开发清洁的新能源。
太阳能作为一种清洁环保、储量无穷的自然能源，其在人类所利用的能源种类中所占比例变得越来越大。
[0003] 目前碟式斯特林只能在有太阳的晴天发电的
缺陷，且由于斯特林
发动机的
位置不固定(随碟架一起转动)而难以实现系统的蓄热或补燃。发
电机的输出功率容易受到天气的影响，即使在白天，其日照强度也是不断变化的，因此输出的
电能不稳定，接入
电网前需要将其调整为稳定的输出。
发明内容
[0004] 针对
现有技术的不足，本发明旨在提供一种耦合斯特林发电系统及方法，通过在碟式光热斯特林发电机的太阳能集热装置的高温集热面下加装前置
燃烧室，将燃气斯特林发电机与光热斯特林发电机进行耦合，可以实现光热斯特林发电机全天候24小时的稳定发电输出。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种碟式光热耦合燃气斯特林发电系统，包括：
[0007] 碟式光热集热装置、可移动前置燃烧室、斯特林发电装置和
支撑移动机构；
[0008] 所述斯特林发电装置的两侧分别设置有热端和冷端，所述热端设有高温吸热面；
[0009] 所述可移动前置燃烧室安装固定于所述支撑移动机构上，所述支撑移动机构带动所述可移动前置燃烧室在第一位置和第二位置之间切换；
[0010] 当所述可移动前置燃烧室位于所述第一位置，所述高温吸热面接收来自所述碟式光热集热装置的太阳
热能，并将所述太阳热能传递至所述热端；
[0011] 当所述可移动前置燃烧室位于所述第二位置，所述高温吸热面接收来自所述可移动前置燃烧室的燃气
燃烧热能，并将所述燃气燃烧热能传递至所述热端。
[0012] 进一步的，所述冷端连接有
散热机构，所述散
热机构为空气冷却装置或
水冷却装置。
[0013] 进一步的，所述可移动前置燃烧室包括燃烧室外罩和位于所述燃烧室外罩内部的燃烧部件。
[0014] 进一步的，当所述可移动前置燃烧室位于所述第一位置，所述碟式光热集热装置将所述太阳热能直接传递至所述高温吸热面；当所述可移动前置燃烧室位于所述第二位置，所述燃烧室外罩与所述高温吸热面共同包围形成能够容纳所述燃烧部件的密闭燃烧空间。
[0015] 进一步的，所述燃烧部件为
燃烧器；所述燃烧器与燃气供气管路相互连通。
[0016] 进一步的，所述燃烧部件为点火器和围绕于所述点火器四周的若干个的燃气
喷嘴和空气喷嘴。
[0017] 进一步的，所述可移动前置燃烧室还包括设置于所述燃烧室外罩外部的耐火材料层。
[0018] 一种采用碟式光热耦合燃气斯特林发电系统的发电方法，包括以下步骤：
[0019] S1.将所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统设定为初始状态，在所述初始状态中，所述可移动前置燃烧室位于所述第一位置，所述碟式光热集热装置处于非聚光状态和防
风保护状态；
[0020] S2.根据天气情况和光照条件，对所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统的工作模式进行设定，其中，所述工作模式包括太阳热能发电模式和燃气燃烧热能发电模式；
[0021] S3.按照步骤S2所述的工作模式，开启并运行所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统。
[0022] 进一步的，在步骤S2中，当所述工作模式为太阳热能发电模式，所述可移动前置燃烧室位于所述第一位置，所述碟式光热集热装置对所述太阳热能进行收集，并将所述太阳热能直接聚焦在所述高温吸热面上，对所述高温吸热面进行光照加热；当所述工作模式为燃气燃烧热能发电模式，所述可移动前置燃烧室位于所述第二位置，所述可移动前置燃烧室的燃烧室外罩与所述高温吸热面共同包围形成能够容纳燃烧部件的密闭燃烧空间，所述燃烧部件产生的火焰直接对所述高温吸热面进行加热。
[0023] 进一步的，所述工作模式还包括短时暂停模式，当所述工作模式为短时暂停模式，所述可移动前置燃烧室位于所述第一位置，所述碟式光热集热装置和斯特林发电装置的位置保持固定。
[0024] 本发明有益效果有：
[0025] 1.本发明通过耦合燃气，使得碟式光热斯特林发电机在阴天或夜晚利用燃气加热发电，从而实现斯特林发电机的稳定发电输出。
[0026] 2.本发明集成了光热斯特林发电和燃气斯特林发电机的优点，发电效率高于常规燃气
内燃机或一般
光伏发电设备。
[0027] 3.本发明集成耦合系统布置紧凑，节省安装空间，现有技术需要两套斯特林发电和高温吸热面，本集成系统成本低于非集成式系统。
[0028] 4.本发明通过前置燃烧室的布置方式，光热和燃气燃烧加热采用同一个高温吸热面，使得整个发电系统的结构简单。
附图说明
[0029] 图1为本发明
实施例的总体结构示意图。
[0030] 图2为本发明实施例1的结构示意图。
[0031] 图3为本发明实施例2的侧视结构示意图。
[0032] 图4为本发明实施例2的俯视结构示意图。
[0033] 图5为本发明实施例3的水平圆周方向旋转位置切换示意图。
[0034] 图6为本发明实施例4的直线方向移动位置切换示意图。
[0035] 附图标记说明
[0036] 1-碟式光热集热装置，2-可移动前置燃烧室，3-斯特林发电装置，4-支撑移动机构，21-燃气供气管路，22-燃烧室外罩，23-燃烧器，24-点火器，25-
燃气喷嘴，26-空气喷嘴，27-耐火材料层，31-热端，32-高温吸热面，33-冷端，251-第一燃气喷嘴，252-第二燃气喷嘴，261-第一空气喷嘴，262-第二空气喷嘴，P1-第一位置，P2-第二位置。
具体实施方式
[0037] 以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0038] 本发明实施例提供了一种碟式光热耦合燃气斯特林发电系统，包括碟式光热集热装置1、可移动前置燃烧室2、斯特林发电装置3和支撑移动机构4。
[0039] 所述碟式光热集热装置1能够收集自太阳的光能。所述可移动前置燃烧室2能够通过燃烧产生热能。所述斯特林发电装置3的两侧分别设置有热端31和冷端33。所述斯特林发电装置3利用所述热端31和所述冷端33之间的温差以及
活塞运动带动发电机进行发电。
[0040] 所述热端31设有高温吸热面32。所述高温吸热面32能够吸收来自所述碟式光热集热装置1的太阳热能或来自所述可移动前置燃烧室2的燃烧热量，并将所述太阳热能或燃烧热量传递给所述热端31，用于为所述斯特林发电装置3供应
能量进行发电。
[0041] 在本发明的部分实施方式中，所述高温吸热面32包括高温集
热管束和设置于所述高温集热
管束内部的
传热工质，所述高温集热管束能够吸收太阳热能和/或燃气燃烧热能，并通过所述传热工质将所述太阳热能和/或所述燃气燃烧热能传递给所述热端31。
[0042] 所述支撑移动机构4用于带动所述可移动前置燃烧室2进行位置移动。具体的，所述可移动前置燃烧室2安装固定于所述支撑移动机构4上。所述支撑移动机构4带动所述可移动前置燃烧室2在第一位置P1和第二位置P2之间切换。所述碟式光热集热装置1能够跟随目光状况进行移动，所述碟式光热集热装置1在移动时与所述斯特林发电装置3保持相对静止。
[0043] 当光照充足，所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统采用太能热能进行发电，所述可移动前置燃烧室2位于所述第一位置P1，此时，所述高温吸热面32与所述碟式光热集热装置1相对设置，并且所述所述可移动前置燃烧室2不会对所述高温吸热面32造成遮挡，所述高温吸热面32接收来自所述碟式光热集热装置1的太阳热能，并将所述太阳热能传递至所述热端31。
[0044] 当因阴雨或黑夜等
气候及环境因素导致光照不足，所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统采用燃气燃烧热能进行发电，所述可移动前置燃烧室2位于所述第二位置P2，此时所述高温吸热面32位于所述可移动前置燃烧室2和所述斯特林发电装置3之间。具体的，所述可移动前置燃烧室2包括燃烧室外罩22和位于所述燃烧室外罩22内部的燃烧部件。当所述可移动前置燃烧室2位于所述第二位置P2，所述高温吸热面32与所述可移动前置燃烧室2相对设置并共同形成
密闭空间。即：所述燃烧室外罩22与所述高温吸热面32共同包围形成能够容纳所述燃烧部件的密闭燃烧空间。所述燃烧室外罩22外部设置有耐火材料层27。所述燃烧部件能够提供火焰，用于加热所述高温吸热面32。所述燃烧部件提供的燃气包括天燃气、氢气、
生物质气、
焦炉煤气、沼气、甲烷气、
氨气中的至少一种。所述燃烧部件可以是与燃气供气管路21相互连通的燃烧器23。所述燃烧部件还可以是点火器24和围绕于所述点火器24四周的若干个的燃气喷嘴25和空气喷嘴26。所述高温吸热面32接收来自所述可移动前置燃烧室2的燃气燃烧热能，并将所述燃气燃烧热能传递至所述热端31。
[0045] 在本发明实施例中，所述碟式光热集热装置1和斯特林发电装置3随目光进行转动或移动，能够使得所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统在光照充足时采用太能热能进行发电，并根据太阳方位的移动及时调整位置，保证光能采集的效率。此外，通过所述支撑移动机构4带动所述可移动前置燃烧室2的移动，在光照不足时，可将所述可移动前置燃烧室2由所述第一位置P1调整至所述第二位置P2，从采用燃气燃烧热能，使得所述斯特林发电装置3进行发电，因此，通过本发明实施例，能够实现斯特林发电机的稳定发电输出。
[0046] 在本发明的部分实施方式中，所述冷端33连接有散热机构，所述散热机构为空气冷却装置或水冷却装置。通过所述散热机构的设置，能够增加所述热端31和所述冷端33之间的
温度差，提高发电效率。
[0047] 在本发明的部分实施方式中，所述可移动前置燃烧室2的内部设有点火器24，所述点火器24的四周设有燃气喷嘴25和空气喷嘴26。当因阴雨或黑夜等气候及环境因素导致光照不足，所述支撑移动机构4带动所述可移动前置燃烧室2由所述第一位置P1移动至所述第二位置P2。所述点火器24启动，所述燃气喷嘴25和空气喷嘴26分别喷出燃气和空气，生成火焰加热所述高温吸热面32，供所述斯特林发电装置3发电。
[0048] 优选的，所述燃气喷嘴25和空气喷嘴26的数量为多个。进一步优选的，所述燃气喷嘴25和空气喷嘴26相互间隔设置。通过若干个相互间隔设置的所述燃气喷嘴25和空气喷嘴26，所述可移动前置燃烧室2的内部形成旋流，从而提高燃烧效率。
[0049] 本发明实施例所述的碟式光热耦合燃气斯特林发电系统通过以下步骤进行发电：
[0050] S1.将所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统设定为初始状态，在所述初始状态中，整个系统处于非发电保护状态，所述可移动前置燃烧室2位于所述第一位置P1，所述碟式光热集热装置1处于非聚光状态和防风保护状态；
[0051] S2.根据天气情况和光照条件，对所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统的工作模式进行设定，其中，所述工作模式包括太阳热能发电模式和燃气燃烧热能发电模式；
[0052] S3.按照步骤S2所述的工作模式，开启并运行所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统。
[0053] 在步骤S2中，当光照及其他气候条件满足发电需求，所述工作模式为太阳热能发电模式。启动所述太阳热能发电模式前，首先检查所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统是否满足太阳热能发电模式的工作条件，所述太阳热能发电模式的工作条件包括：确保所述碟式光热集热装置1的碟式镜面处于聚光状态、所述斯特林发电装置3设定为发电工作状态、所述斯特林发电装置3内循环工
质量充足、所述斯特林发电装置3的所述冷端33冷却良好、所述高温吸热面32的温度及其他相关工作条件满足。确保上述条件得到满足后，通过所述支撑移动机构4调整所述可移动前置燃烧室2位于所述第一位置P1，所述碟式光热集热装置1和斯特林发电装置3在所述支撑移动机构4的带动下，根据光照方向在水平方向上进行转动，从而吸收太阳热能进行发电。
[0054] 在步骤S2中，当光照及其他气候条件不满足发电需求，所述工作模式为燃气燃烧热能发电模式。当所述工作模式为燃气燃烧热能发电模式，首先检查所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统是否满足燃气燃烧热能发电模式的工作条件，所述燃气燃烧热能发电模式的工作条件包括：所述可移动前置燃烧室2的燃气供气压力及点火器24或燃烧器25满足工作条件、所述斯特林发电装置3设定为发电工作状态、所述斯特林发电装置3内循环工质量充足、所述斯特林发电装置3的所述冷端33冷却良好、所述高温吸热面32的温度及其他相关工作条件满足。确保上述条件得到满足后，通过所述支撑移动机构4调整所述可移动前置燃烧室2位于所述第二位置P2，所述可移动前置燃烧室2的燃烧室外罩22与所述高温吸热面32共同包围形成能够容纳燃烧部件的密闭燃烧空间，所述燃烧部件产生的火焰直接对所述高温吸热面32进行加热。所述碟式光热集热装置1和斯特林发电装置3停止转动，所述高温吸热面32位于所述可移动前置燃烧室2和斯特林发电装置3之间，所述点火器24或燃烧器25点火，火焰稳定加热所述高温吸热面32，系统开始燃烧补热发电，所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统产生的电力可以外送用户或上传至电网。
[0055] 优选的，所述工作模式还包括短时暂停模式，所述短时暂停模式在光照条件暂时不满足发电需求，但情况很可能在短时间内发生变化时执行，比如阵雨或短暂的多
云天气中。当所述工作模式为短时暂停模式，所述可移动前置燃烧室2位于所述第一位置P1，所述碟式光热集热装置1和斯特林发电装置3的位置保持固定。此时所述碟式光热耦合燃气斯特林发电系统不启动保护功能，以保证光照条件恢复时系统能快速切换至太阳热能发电模式。
[0056] 实施例1
[0057] 如图1-2所示，本实施例的碟式光热耦合燃气斯特林发电系统包括碟式光热集热装置1、可移动前置燃烧室2、斯特林发电装置3和支撑移动机构4。
[0058] 所述斯特林发电装置3的两侧分别设置有热端31和冷端33，所述热端31设有高温吸热面32。
[0059] 所述可移动前置燃烧室2安装固定于所述支撑移动机构4上，所述支撑移动机构4带动所述可移动前置燃烧室2在第一位置P1和第二位置P2之间切换。
[0060] 在本实施例中，所述可移动前置燃烧室2位于的第一位置P1是指：所述可移动前置燃烧室2位于所述斯特林发电装置3的下端，并与所述斯特林发电装置3相互垂直。所述可移动前置燃烧室2位于的第二位置P2是指：所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3相互扣合，所述可移动前置燃烧室2的开口端与所述高温吸热面32相对。所述第一位置P1和第二位置P2之间的切换通过所述可移动前置燃烧室2围绕固定点旋转90°实现。
[0061] 当光照及其他气候条件满足发电需求，所述工作模式为太阳热能发电模式。所述可移动前置燃烧室2位于所述第一位置P1。所述支撑移动机构4带动所述碟式光热集热装置1和斯特林发电装置3在水平方向上进行圆周转动，从而吸收太阳热能。所述高温吸热面32接收来自所述碟式光热集热装置1的太阳热能，并将所述太阳热能传递至所述热端31。
[0062] 当光照及其他气候条件不满足发电需求，所述工作模式为燃气燃烧热能发电模式。所述可移动前置燃烧室2位于所述第二位置P2，所述高温吸热面32接收来自所述可移动前置燃烧室2的燃气燃烧热能，并将所述燃气燃烧热能传递至所述热端31。
[0063] 其中，所述可移动前置燃烧室2包括燃烧室外罩22和位于所述燃烧室外罩22外部的耐火材料层27，所述可移动前置燃烧室2的内部设有燃烧器23，所述燃烧器23与燃气供气管路21相互连通，用于生成火焰加入所述高温吸热面32。
[0064] 实施例2
[0065] 如图3、4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于将所述可移动前置燃烧室2内部的燃烧器23替换为点火器24和对应的多个燃气喷嘴25或空气喷嘴26。
[0066] 具体的，所述可移动前置燃烧室2包括燃烧室外罩22和位于所述燃烧室外罩22外部的耐火材料层27，所述可移动前置燃烧室2的内部设有点火器24，所述点火器24布置于所述可移动前置燃烧室2的底部中心处，并且所述点火器24的四周布置所述燃气喷嘴25和空气喷嘴26。
[0067] 所述燃气喷嘴25包括相互平行、喷嘴方向相反的第一燃气喷嘴251和第二燃气喷嘴252，所述空气喷嘴26包括相互平行、喷嘴方向相反的第一空气喷嘴261和第二空气喷嘴262。所述第一燃气喷嘴251和所述第一空气喷嘴261在方向上相互垂直，并且所述第一燃气喷嘴251、第一空气喷嘴261、第二燃气喷嘴252和第二空气喷嘴262的靠近所述点火器24一端的进气口与所述点火器24的距离是相等的。
[0068] 由此，所述第一燃气喷嘴251靠近所述点火器24一端的进气口、第一空气喷嘴261靠近所述点火器24一端的进气口、第二燃气喷嘴252靠近所述点火器24一端的进气口和第二空气喷嘴262靠近所述点火器24一端的进气口相连形成以所述点火器24为中心的正方形结构。
[0069] 通过上述结构，使得所述燃气喷嘴25的送气方向与所述空气喷嘴26的送气方向相关垂直。比如，以所述点火器24为中心，总数为四个，并且相互间隔设置的所述第一燃气喷嘴251、第一空气喷嘴261、第二燃气喷嘴252和第二空气喷嘴262能够共同在所述可移动前置燃烧室2的内部形成旋风四
角切圆的旋流燃烧，从而提高燃烧效率。
[0070] 通过上述旋风四角切圆的旋流燃烧，所述高温吸热面32和周边的燃烧室外罩22共同构成一个近似密封的空间，以四角切圆形式布置的所述第一燃气喷嘴251、第一空气喷嘴261、第二燃气喷嘴252和第二空气喷嘴262以一定喷气压力进行送气，点火器进行点火，在一定喷气压力情况下，在近似密闭空间内形成近似四角切圆的高效快速燃烧，从而实现所述斯特林发电装置3的高效发电。
[0071] 实施例3
[0072] 如附图5所述，在本实施例中，所述可移动前置燃烧室2的移动方式为沿固定轴心进行圆周旋转。具体的，所述可移动前置燃烧室2在所述支撑移动机构4的作用下，沿着固定点为轴向，通过90°的逆
时针圆周旋转由所述第一位置P1移动至所述第二位置P2，或通过90°的顺时针圆周旋转由所述第二位置P2移动至所述第一位置P1。
[0073] 实施例4
[0074] 如附图6所述，在本实施例中，所述可移动前置燃烧室2的移动方式为直线方向进行移动。
[0075] 比如，所述可移动前置燃烧室2位于的第一位置P1是指：所述可移动前置燃烧室2位于所述斯特林发电装置3的下端，并与所述斯特林发电装置3相互平行。所述可移动前置燃烧室2位于的第二位置P2是指：所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3相互扣合，所述可移动前置燃烧室2的开口端与所述高温吸热面32相对。所述第一位置P1和第二位置P2之间的切换通过所述可移动前置燃烧室2上下移动实现。
[0076] 所述可移动前置燃烧室2在所述支撑移动机构4的作用下，沿竖直方向进行上下移动。在所述太阳热能发电模式下，所述可移动前置燃烧室2位于所述斯特林发电装置3的下方，在所述燃气燃烧热能发电模式下，所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3在水平方向共线并且位置相对。在需要由所述太阳热能发电模式切换至所述燃气燃烧热能发电模式时，所述可移动前置燃烧室2由下部位置经过竖直向上移动，移动至于所述斯特林发电装置3相对并在水平方向上平行的上部位置。在需要由所述燃气燃烧热能发电模式切换至所述太阳热能发电模式时，所述可移动前置燃烧室2由上部位置经过竖直向下移动，移动至于低于所述斯特林发电装置3的下部位置。
[0077] 或者，所述可移动前置燃烧室2位于的第一位置P1是指：所述可移动前置燃烧室2位于所述斯特林发电装置3的左侧或右侧，并与所述斯特林发电装置3相互平行。所述可移动前置燃烧室2位于的第二位置P2是指：所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3相互扣合，所述可移动前置燃烧室2的开口端与所述高温吸热面32相对。所述第一位置P1和第二位置P2之间的切换通过所述可移动前置燃烧室2左右移动实现。
[0078] 所述可移动前置燃烧室2在所述支撑移动机构4的作用下，沿水平方向进行左右移动。在所述太阳热能发电模式下，所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3在水平方向平行但位置相互错开，在所述燃气燃烧热能发电模式下，，所述可移动前置燃烧室2与所述斯特林发电装置3在水平方向平行并且位置相对。在需要在所述太阳热能发电模式和所述燃气燃烧热能发电模式之间相互切换时，所述可移动前置燃烧室2在水平方向上左右移动，实现位置调整。
[0079] 对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和
变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明
权利要求的保护范围之内。
