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高聚光型 太阳能光热直接 蒸发式流体 正压循环发电系统

阅读：21发布：2022-06-04

专利汇可以提供高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统，一种利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光，然后反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部，产生高压冷媒蒸汽，进入流体正压循环发电系统发电。由包括：高聚光型太阳能集热装置、直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐蓄热系统、流体正压循环发电系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。高聚光型太阳能集热装置的太阳能光热利用率达到75％以上。流体正压循环发电系统利用流体压力平衡正压循环原理和0.618黄金分割法，把有机朗肯循环 (ORC)动力涡轮发电机组的效率由8～11％提高到91.94％，是世界范围内节能、减排、新能源开发利用的重大创新和技术革命，将彻底颠覆现代世界上所有太阳能发电系统。，下面是高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，一种利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部，使环保型有机冷媒受热直接蒸发，产生高压冷媒蒸汽，进入王氏循环发电系统发电，把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。由包括：高聚光型太阳能集热装置、直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐蓄热系统、王氏循环发电系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有高聚光型太阳能集热装置。
高聚光型太阳能集热装置是弧形或抛物面反射镜组成的蝶形或抛物线形阳光反射器和阳光自动跟踪器的组合体。这种阳光反射器的焦距长短由反射镜面弧度大小确定，焦点温度高低由焦距长、短确定，集热量大小由阳光反射器反射镜面面积的大小确定，高聚光型太阳能集热装置的数量由太阳能发电站全天24小时发电量确定。多组高聚光型太阳能集热装置以扇形方阵布置在直接蒸发式高压蒸汽发生器周围，聚焦点集中在直接蒸发式高压蒸汽发生器的下部受热区。阳光自动跟踪器，安装在阳光反射器下部，可以使阳光反射器自动跟踪太阳光线，全天侯对准太阳，提取、利用最大的太阳辐射量，光热利用率达到75％以上。
2.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有直接蒸发式高压蒸汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器安装在钢制或混凝土支架上，安装高度由高聚光型太阳能集热装置的焦距长、短确定。直接蒸发式高压蒸汽发生器是高压容器，用不锈钢板或其它耐压、耐腐蚀金属材料制作，承受压力大于5.5mPa。直接蒸发式高压蒸汽发生器下部是太阳能热量的受体，也是高聚光型太阳能集热装置的光热聚焦区，吸收太阳能热能。直接蒸发式高压蒸汽发生器上部是环保型有机冷媒高压蒸汽聚集区，环保型有机冷媒(氯乙烷或R245fa)在直接蒸发式高压蒸汽发生器下部受热区吸收太阳热量后，发生液-汽相变，由液态变为汽态，产生4.5-5.5mPa的环保型有机冷媒高压蒸汽，高压蒸汽在直接蒸发式高压蒸气发生器上部聚集后，进入到共晶盐蓄热系统和王氏循环发电系统蓄热、发电。直接蒸发式高压蒸汽发生器的上部安装有安全阀、温度表、压力表、温度传感器、压力传感器，下部安装有电动比例积分调节阀，根据直接蒸发式高压蒸汽发生器内的温度和压力，自动调节液态环保型有机冷媒的流量。直接蒸发式高压蒸汽发生器除了下部受热区以外，全部用耐高温保温材料保温。
3.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，选择使用的环保型有机冷媒介质是霍尼韦尔245fa(以下简称R245fa)，R245fa的化学名称是五氟丙烷，分子式是CF3CH2CHF2，具有热力学性质稳定、热传导系数高、工作温度范围广、不燃烧、不破坏臭氧层等特性。可用于自然或工业来源的热能转换，采用有机朗肯循环和王氏循环技术产生电力。
R245fa受热后产生高压蒸汽的初始温度为460℃～550℃，压力为4.5-5.5mPa。
4.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有王氏循环发电系统。王氏循环是专利发明人王天祥自己设计的一种流体循环。王氏循环是在有机朗肯循环(ORC)原理的基础上，创造出的一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环，简称王氏循环：“在绝热、保温的条件下，同种物质的流体在相同压力下可以平衡流动正压循环”。王氏循环发电系统是多级发电系统，王氏循环发电系统包括多级主级、次级高压蒸汽发生器和多级(ORC)动力涡轮机和发电机。王氏循环使有机冷媒高压蒸汽多次循环，在不同温度、不同压力下逐级推动有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机运行，带动发电机发电。王氏循环发电系统把冷凝热降低到4.18％左右，把95.82％以上的热能利用起来，彻底解决了(ORC)动力涡轮机低效率难题，把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的效率由8～11％提高到91.94％以上，提高热能利用率8倍以上。王氏循环即流体压力平衡正压循环，已经应用在本专利发明人王天祥的另一项发明专利：海军航母、舰船、潜艇发动机废热、余热动力系统(申请号
201310242926.7)上。
5.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统，采用0.618黄金分割法，量化直接蒸发式高压蒸汽发生器内R245fa产生的热能和发电能力，用以确定、选择配置王氏循环发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器和(ORC)动力蜗轮机、发电机的规格、型号；量化进入各主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa的高压蒸汽量和冷凝蒸汽量，通过电动比例积分调节阀自动控制进入各主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量。同时，量化各级发电机发电量。是世界上第一个把0.618黄金分割法运用到太阳能光热发电系统的技术创新。
6.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，选择使用的是有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机<以下简称(ORC)动力涡轮机>，低温有机朗肯循环(ORC)是类似于传统的蒸汽涡轮机循环。低温有机朗肯循环(ORC)蜗轮机，是一种利用环保型低沸点有机液体如：R245fa、R410A、R134a、氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。这种(ORC)动力蜗轮机可以带动发电机发电。(ORC)动力蜗轮机是系列化产品，(ORC)动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电设备，单台发电能力为5～400KW。王氏循环发电系统根据高聚光型太阳能集热装置反射总热量的大小，选择不同发电能力的(ORC)动力蜗轮机发电组合设备，建立逐级发电系统太阳能发电站。本发明选择(ORC)动力蜗轮机的循环工质为环保型有机冷媒R245fa，本发明是世界上太阳能光热发电领域里，第一个引进和应用这种多级低温发电组合设备的太阳能光热发电系统，是高科技领域里的技术创新。
7.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中，安装有节流膨胀冷凝器，用于冷却环保型有机冷媒R245fa低压蒸汽。节流膨胀冷凝器上安装有孔板节流器，和水冷却设备，水冷却设备包括冷却水泵和冷却水，冷却水泵把冷却水送进节流膨胀冷凝器。根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245fa低压冷凝蒸汽经过孔板节流器时，流量不变，流速增大，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后，体积突然膨胀、密度减小，有利于吸收冷却水的冷量，产生汽-液相变，由气态变为液态，成为R245fa低压液体，进入贮液器。高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统安装节流膨胀冷凝器后，使冷却水用量大幅减少，是世界节能领域里一大技术创新。
8.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有共晶盐相变蓄热系统。共晶盐相变蓄热系统由共晶盐相变蓄热罐、共晶盐和各种阀门、管道组成。共晶盐相变蓄热罐内安装有不同相变临界温度(82℃～164℃)的共晶盐相变蓄热材料，分别灌装在密封的球形或矩形容器中，从低温到高温，由下到上，分层安放在共晶盐相变蓄热罐内，通过共晶盐固-液相变，以显热加潜热的方式吸收、贮存直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽的热量。贮存的热量用于晚间发电和补充连续阴雨天、冬季发电热源热量不足时的热量。共晶盐相变蓄热系统是高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统全年、全天侯24小时连续发电的保障系统。这种利用不同相变临界温度的共晶盐固-液相变蓄热技术，是目前世界上共晶盐相变蓄热技术应用领域和太阳能光热发电领域里一大技术创新。
9.如权利要求1所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，其特征在于，所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有PLC智能控制系统。
主控电脑通过温度传感器、压力传感器检测的信息，对高聚光型太阳能光热装置的阳光自动跟踪设备实施控制，使该装置阳光反射器反射镜面自动跟随太阳转动；对直接蒸发式高压蒸汽发生器下部安装的电动比例积分调节阀、共晶盐蓄热装置上、下部安装的电动比例积分调节阀、王氏循环发电系统中多级主级、次级高压蒸汽发生器上的电动比例积分调进行监控、控制和调节，收集、记录运行信息，保证电动比例积分调节阀无故障运行，自动调节液态R245fa的流量，以控制冷媒高压蒸汽的发生量；通过对高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的所有电动阀进行控制和调节，实现太阳能发电系统蓄热、放热过程自动化，保证全天侯24小时发电；通过对王氏循环发电系统中的主级、次级高压发生器、(ORC)动力蜗轮机、发电机及变配电柜进行实时监控，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变配电柜有序工作。主控电脑通过通讯接口与变配电柜连接，记录王氏循环发电系统中的运行数据和运行状态。主控电脑设有报警系统，可以报警并显示故障位置和故障原因，实施远程控制，关、停相关部件和设备，防止重大故障发生，避免重大事故出现。

说明书全文

高聚光型太阳能光热直接 蒸发式流体 正压循环发电系统

技术领域

[0001] 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，一种利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部，使环保冷媒受热直接蒸发，产生高压冷媒蒸汽，进入王氏循环发电系统发电，把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。

背景技术

[0002] 在全球气候变暖、世界不可再生资源日益减少、环境污染越来越严重的情况下，利用可再生的清洁能源发电，尤其是利用太阳能发电技术发电，是最有效的解决能源短缺问题的途径之一。太阳能光伏发电前途已经受到质疑，因为太阳能光伏发电的源头，带来了“高能耗、高污染”，消耗的能量和制造成本终生难以收回。

[0003] 世界上已经有利用太阳能光热聚光和融溶盐蓄热技术来实现太阳能光热发电的案例，但是，融溶盐蓄热温度一般不低于550℃，需要强大的光热聚光矩阵系统来加热融溶盐，光热聚光矩阵系统造价高昂，蓄热容器的制造材料和保温条件要求较高。另外，融溶盐在低于250℃后流动性很差，需要特殊技术处理，才能解决融溶盐流动和连续发电问题。由于成本和技术的限制，使这项太阳能光热、融溶盐蓄热发电技术的应用和发展受到限制。 [0004] 以色列和其他国家采用太阳能光热聚光直接照射光伏板发电，即聚光型太阳光电(CPV)装置，这种装置只能用于热电联产，对于高纬度地区，适用性不大。 [0005] 最近，国内北京延庆地区建造了具有自主知识产权的定日镜聚光加热水蒸汽推动汽轮机发电系统，这是对聚光加热融溶盐蓄热发电技术的一种进步。但是，蒸汽轮机要求进汽温度在240℃～435℃之间，低于230℃的水蒸汽，因为温度低、压力小，不能发电，而被浪费。所以，以水蒸汽为工质发电的太阳能光热发电系统的总效率不会超过50％，这种光热发电技术并不理想。

[0006] 高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统的发明，是世界上太阳能光热发电领域里，第一个利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光热能加热直接蒸发式高压蒸汽发生器、第一个使用环保型有机冷媒做为循环工质、第一个采用共晶盐相变蓄热技术和王氏循环发电系统的、把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。王氏循环发电系统利用流体压力平衡正压循环(王氏循环)原理和0.618黄金分割法，把550℃～80℃范围内的太阳热能转换为高位电能，把有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的效率由8～11％提高到91.94％，使太阳能的光热利用率提高到95.82％，降低了太阳能发电成本和运行费用，把每度电价降低到约0.1元人民币左右，是光伏发电的10％。无污染、零排放，连太阳能光伏发电初期的能耗都没有。是世界范围内节能、减排、新能源开发利用的重大创新和技术革命，将彻底颠覆现代世界上所有太阳能光伏、光热发电系统，让太阳能低成本发电的梦想变为现实。

发明内容

[0007] 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，一种利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部，使环保冷媒受热直接蒸发，产生高压冷媒蒸汽，进入王氏循环发电系统发电，把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。

[0008] 本发明的主要目的，在于提供一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，利用太阳能这一可再生的清洁能源，建造世界上最廉价的太阳能光热发电站，发出最廉价的电力，为人类服务。

[0009] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

[0010] 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，一种利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部，使环保冷媒受热直接蒸发，产生高压冷媒蒸汽，进入王氏循环发电系统发电，把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。由包括：高聚光型太阳能集热装置、直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐蓄热系统、王氏循环发电系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。

[0011] 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有高聚光型太阳能集热装置。高聚光型太阳能集热装置由弧形或抛物面反射镜组成的蝶形或抛物线形阳光反射器和阳光自动跟踪设备组成。这种阳光反射器的焦距长短由反射镜弧度大小确定，焦点温度高低由焦距长短确定，本发明设计焦点温度为460℃～550℃。集热量大小由阳光反射器反射镜面积的大小确定，高聚光型太阳能集热装置的数量由太阳能发电站全天24小时发电量确定。多组高聚光型太阳能集热装置以扇形方阵布置在直接蒸发式高压蒸汽发生器周围，聚焦点聚集在直接蒸发式高压蒸汽发生器的下部受热区。在阳光反射器下部，安装有阳光自动跟踪器，即使是阴雨天也可以使阳光反射器自动跟踪太阳，聚集最大的太阳辐射量，太阳能光热利用率达到75％以上。

[0012] 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有直接蒸发式高压蒸汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器安装在钢制或混凝土支架上，安装高度由高聚光型太阳能集热装置的焦距长短确定。直接蒸发式高压蒸汽发生器是高压容器，用不锈钢板或其它耐压、耐腐蚀金属材料制作，承受压力大于5.5mPa。直接蒸发式高压蒸汽发生器下部是太阳能热量的受体，也是高聚光型太阳能集热装置的光热聚焦区，吸收太阳能热能；直接蒸发式高压蒸汽发生器上部是环保型有机冷媒高压蒸汽聚集区，环保型有机冷媒(本发明选用R245fa)在直接蒸发式高压蒸汽发生器下部吸收高聚光型太阳能集热装置聚集的太阳热量后，发生液-汽相变，由液态变为汽态，产生4.5-5.5mPa的R245fa高压蒸汽，并在直接蒸发式高压蒸气发生器上部聚集，一部分R245fa高压蒸汽进入共晶盐蓄热系统进行蓄热，另一部分进入王氏循环发电系统发电。直接蒸发式高压蒸汽发生器的上部安装有安全阀、温度表、压力表、温度传感器、压力传感器，下部安装有电动比例积分调节阀，根据直接蒸发式高压蒸汽发生器内的温度和压力，自动调节液态R245fa的进入量。直接蒸发式高压蒸汽发生器的外部除了下部受热区以外，全部用耐高温保温材料保温。

[0013] 上述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有共晶盐相变蓄热系统。共晶盐相变蓄热系统由共晶盐相变蓄热罐和共晶盐和各种阀门、管道组成。共晶盐相变蓄热罐内安装有不同相变临界温度(82℃～164℃)的共晶盐相变蓄热材料，分别灌装在密封的球形或矩形容器中，由低温到高温，由下到上，分层安放在共晶盐相变蓄热罐内，通过共晶盐固-液相变，以显热加潜热的方式吸收、贮存直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽的热量。贮存的热量用于晚间发电，在连续阴雨天和冬季时段，补充发电热源热量不足时的热量。共晶盐相变蓄热系统是高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统全年、全天侯24小时连续发电的保障系统。

[0014] 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有王氏循环发电系统。王氏循环发电系统是多级发电系统，由多级主级、次级高压蒸汽发生器、多级(ORC)动力蜗轮机与多级发电机组成。王氏循环发电系统的冷媒工质R245fa高压蒸汽循环方式，是流体压力平衡正压循环，简称王氏循环。这种流体压力平衡正压循环即王氏循环，区别于有机朗肯循环(ORC)和卡丽娜循环(kalian)。王氏循环是在有机朗肯循环(ORC)原理的基础上，创造出的一种新型循环方式，即流体压力平衡正压循环：“在绝热、保温的条件下，同种物质的流体在同等压力下可以平衡流动正压循环”。根据R245fa的热工特性，在相同的临介温度下，发生液-气相变所产生的蒸汽压力是相同的。R245fa在相同临介温度下产生的蒸汽压力相同，在绝热、保温的条件下，可以在不同容器之间并平衡流动。王氏循环过程，是一个绝热循环过程，必须在保温、绝热的条件下进行。R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽在发电过程中，温度和压力逐级下降，王氏循环使R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽在发电系统中由高温、高压到低温、低压多次循环，逐级推动有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机运行，带动发电机发电，使不同温度、不同压力的R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽得以充分循环利用。把R245fa低压冷凝蒸汽冷凝热的排放量从90％左右减少到4.18％左右，极大地减少了热能浪费，热能利用率达到95.82％。增加了发电能力，使有机朗肯循环(ORC)动力涡轮机的效率由8～11％提高到91.94％，提高太阳能热能利用率8倍以上。 [0015] 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统，采用0.618黄金分割法量化直接蒸发式高压蒸汽发生器内产生的R245fa高压蒸汽热能和发电能力，用以确定、配置王氏循环发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器和(ORC)动力蜗轮机、发电机的规格、型号。通过电动比例积分调节阀自动控制进入直接蒸发式高压蒸汽发生器、蓄热罐、各主级、次级高压蒸汽发生器的液体R245fa流量。同时，采用0.618黄金分割法量化王氏循环发电系统各主级、次级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽流量和发电能力。

[0016] 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统，选择使用的动力设备是有机朗肯循环(ORC)动力蜗轮机<以下简称(ORC)动力涡轮机>。低温有机朗肯循环(ORC)是类似于传统的蒸汽涡轮机循环。低温有机朗肯循环(ORC)蜗轮机，是一种利用环保型低沸点有机液体如：R245fa、R410A、R134a、氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。直接蒸发式高压蒸汽发生器中的R245fa制冷剂，受热后在一定的临介温度下发生液-汽相变，由液态变为汽态，产生4.5-5.5mPa的R245fa高压蒸汽，推动(ORC)动力涡轮机运转，再由(ORC)动力涡轮机带动发电机发电，完成一个热能转换成电能的过程。R245fa高压蒸汽推动(ORC)动力涡轮机运转后，体积膨胀、压力降低，成为R245fa低压冷凝蒸汽，经节流膨胀冷凝器冷却后，释放冷凝热热量，在20℃～25℃的临介温度下，发生汽-液相变，变为低温、低压R245fa液体，进入贮液罐，再用冷媒泵、冷媒输送管、电动比例积分调节阀送入直接蒸发式高压蒸汽发生器和王氏循环发电系统各级主级、次级高压蒸汽发生器，吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，继续循环发电，进行能量转换，从而完成一个有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。(ORC)动力蜗轮机是系列化产品，(ORC)动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电设备，发电能力为5～400KW。王氏循环发电系统可以根据高聚光型太阳能集热装置反射总热量大小，选择不同发电能力(ORC)动力蜗轮机发电设备，建立发电能力不同的太阳能发电站。(ORC)动力蜗轮机的最大缺点就是效率低下，只有8～11％，大约有90％左右的热源热能被以冷凝热的形式排放到空间，造成极大浪费和热污染。王氏循环发电系统，利用王氏循环解决了这一世界难题，把(ORC)动力蜗轮机的效率提高到91.94％。

[0017] 上述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统，选择使用的环保型有机冷媒介质是霍尼韦尔245fa(以下简称R245fa)，R245fa的化学名称是五氟丙烷，分子式是CF3CH2CHF2，具有热力学性质稳定、热传导系数高、工作温度范围广、不燃烧、不破坏臭氧层等特性。可用于自然或工业来源的热能转换，采用有机朗肯循环(ORC)和王氏循环技术产生电力。

[0018] 上述高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统，由四级主级高压蒸汽发生器和四级次级高压蒸汽发生器两大系统组成。四级主级高压蒸汽发生器循环系统的热源，来自直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽；四级次级高压蒸汽发生器循环系统的热源，其中前三组采用的是主1级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热；次4级高压蒸汽发生器的热源，除了有主4级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热外，还有主4级高压蒸汽发生器出来的的R245fa低温、低压蒸汽的热量和次3级高压蒸汽发生器排出来的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热，共三个热源。这三个热源最后成为高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的需要处理的冷凝热，这部分热量约占高聚光型集热装置集热量的4％左右。

[0019] 高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统的王氏循环(流体压力平衡正压循环)是这样进行的：从直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽进入主1级高压蒸汽发生器后，使主1级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，进入1级(ORC)动力涡轮机，推动1级(ORC)动力涡轮机运转，带动1级发电机发电。从1级(ORC)动力涡轮机排出的R245fa低压冷凝蒸汽，没有按常规循环方式送到冷凝器冷却，而是直接进入次1级高压蒸汽发生器做为热源，使次1级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽进入主2级高压蒸汽发生器。

[0020] 直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽从主1级高压蒸汽发生器出来后，进入主2级高压蒸汽发生器，做为热源，通过输汽管束传递热量，使主2级高压蒸汽发生器内的R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与从次1级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，以王氏循环的方式，两组R245fa高压蒸汽混合后进入2级(ORC)动力涡轮机，推动2级 (ORC)动力涡轮机运转，带动2级发电机发电。

[0021] 1级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，从次1级高压蒸汽发生器出来后，进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，2级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次2级高压蒸汽发生器做为热源，两个热源使次2级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽进入主3级高压蒸汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽从主2级高压蒸汽发生器出来后，进入主3级高压蒸汽发生器做为热源，通过输汽管束传递热量，使主3级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与同时进入的次2级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，以王氏循环的方式混合后，进入3级(ORC)动力涡轮机，推动3级(ORC)动力涡轮机运转，带动3级发电机发电。 [0022] 低压R245fa冷凝蒸汽从次2级高压蒸汽发生器出来后，进入次3级高压蒸汽发生器做为热源，3级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次3级高压蒸汽发生器做为热源，两个压力相等的热源，进入次3级高压蒸汽发生器内，使R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生的R245fa高压蒸汽进入主4级高压蒸汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽从主3级高压蒸汽发生器出来后，也进入主4级高压蒸汽发生器做为热源，通过输汽管束传递热量，使R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，因为与从次3级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽压力相等，所以，以王氏循环的方式混合后，进入4级(ORC)动力涡轮机，推动4级(ORC)动力涡轮机运转，带动4级发电机发电。

[0023] 低压R245fa冷凝蒸汽从次3级高压蒸汽发生器出来后，进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，4级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽，也直接进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的高压R245fa蒸汽从主4级高压蒸汽发生器出来后也直接进入次4级高压蒸汽发生器做为热源，三个压力相等的热源，通过输汽管束传递热量，使次4级高压蒸汽发生器内R245fa液体吸热后发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽进入5级(ORC)动力涡轮机，推动5级(ORC)动力涡轮机运转，带动5级发电机发电。

[0024] 低压R245fa冷凝蒸汽通过王氏循环，冷凝热量被逐级吸收。直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的高压R245fa蒸汽从主1级到主4级高压蒸汽发生器再进入次4级高压蒸汽发生器，热量被逐级吸收。三个压力相等的低压R245fa蒸汽进入次4级高压蒸汽发生器的温度在67℃～85℃左右，产生的R245fa蒸汽压力约464～1261KPa。低压R245fa低压蒸汽这次最后循环，发了少量的电力，消耗了部分热能，使R245fa蒸汽的温度降到41.4℃～52.5℃左右，压力也降低到252～410KPa，成为低温、低压R245fa蒸汽，成了高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中最后的冷凝热，这部分冷凝热量约占系统总热量的4.18％左右。所以，大减少了冷却水水量和水泵功率，降低了冷却系统的能耗。 [0025] 低温、低压R245fa蒸汽从次4级高压蒸汽发生器出来后，从冷凝蒸汽传输总管，经过孔板节流器进入节流膨胀冷凝器，经20℃～25℃冷却水冷却后，温度迅速降低，发生汽-液体相变，成为28℃～30℃以下的R245fa液体，进入贮液罐，再被R245fa液体循环泵经电动比例积分调节阀送入直接蒸发式高压蒸汽发生器、蓄热罐和王氏循环发电系统中的各主、次级高压蒸汽发生器，再次吸热、发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽，继续循环，如此完成一个R245fa冷媒有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。

[0026] 现在，世界上所有(ORC)动力涡轮机，效率只有8～11％，主要原因是有90％的热能未被利用，被以冷凝热的形式排放，造成浪费和热污染。王氏循环把冷凝热从降90％以上低到4.18％左右，把冷凝热能利用起来，彻底解决了(ORC)动力涡轮机低效率难题。 [0027] 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中，安装有节流膨胀冷凝器。节流膨胀冷凝器的作用，是把低温、低压R245fa冷凝蒸汽通过冷却水冷却，发生汽-液相变，由气态变为液态，成为低温、低压R245fa液体。节流膨胀冷凝器的结构和高压蒸汽发生器基本相同，但是功能和作用不同。节流膨胀冷凝器的上部，安装有一个孔板节流器，与R245fa低压冷凝蒸汽传输总管相连。孔板节流器是根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理设计而成。R245fa低压冷凝蒸汽经孔板节流后，流量不变，流速提高，压力降低，进入节流膨胀冷凝器后体积突然膨胀，压力陡然降低，密度减小，有利于吸收冷却水冷量。节流膨胀冷凝器的壳体内部，安装有多根冷却水管组成的冷却管束，冷却水泵把20℃～25℃左右的冷却水送进入冷却管束，通过管壁与R245fa低压蒸汽接触，进行热交换。温度降至
28℃～30℃以下，产生汽-液相变，由汽态变为液态后，进入R245fa液体贮液器。 [0028] 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有变、配电系统。变、配电系统包括与1～5级发电机相连的输电电缆、变配电柜、电源电缆。输电电缆把1～5级发电机发出的电力传送到变配电柜，变配电柜把输入的电力转换成用电部门或电力并网所需要的电压电力，提供电力服务。变配电柜上设有通讯接口，与智能化PLC控制系统主控电脑相连。

[0029] 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，安装有智能化PLC控制系统。所述的智能化PLC控制系统，包括：主控电脑、温度传感器、压力传感器。在高聚光型太阳能光热装置、直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐蓄热系统、主级和次级高压蒸汽发生器上，都安装有控制线、信号传输线和盘式温度表和压力表以及温度传感器、压力传感器，变配电柜上有通讯接口。高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的各电动阀门、电动比例积分调节阀的控制线、信号线都与主控电脑相连。主控电脑根据温度传感器、压力传感器、信号线、通讯接口传来的R245fa高压蒸汽和低压冷凝蒸汽的温度和压力信息，以及各设备、阀门运行状态的信息，经计算、分析后，发出控制信号和指令，随时监控R245fa输液管上电动比例积分调节阀的运行状态，使送入直接蒸发式高压蒸汽发生器、菜晶盐蓄热罐和主级、次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量自动调节，保证R245fa液体在设定的临介温度下，发生液-汽相变，产生压力稳定的R245fa高压蒸汽。通过对电动比例积分调节阀的控制，能使主级和次级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽压力平衡，实现王氏循环。通过对系统中各电动阀门、电动比例积分调节阀的控制，实现共晶盐蓄热系统和王氏循环发电系统智能化运行，自动切换。智能化PLC控制系统的主控电脑还可以显示、记录高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中，各系统、各设备、各部位、各部件的运行状况和运行参数，以便操作人员实时操控，确保高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统安全可靠运行。智能化PLC控制系统还设计有报警和故障显示系统，一旦有故障发生，主控电脑可以显示故障部位和性质，提示故障原因，并记录和报警。智能化PLC控制系统可以远程控制和复位，操控人员也可以就地检查和复位。温度表和压力表显示即时温度和压力，做为直接观察、记录依据。智能化PLC控制系统与变配电系统之间通过通讯接口，随时掌握1～5级发电机运行情况和发电量多少，控制输、配电量额度和输送对象。

[0030] 采用上述结构后，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统把(ORC)动力涡轮机效率提高到91％以上，实现了(ORC)动力涡轮机多年的提高效率的梦想。把太阳能发电站的建造成本和运行费用降低了70％以上，平均电价约人民币0.1元左右，成为世界上最廉价的太阳能光热发电站。高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统是可再生能源领域里重大发明和创新，造福于人类、服务于社会。附图说明

[0031] 说明书附图1为高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统原理图。 [0032] 说明书附图2为王氏循环发电系统原理图

[0033] 说明书附图3为直接蒸发式高压蒸汽发生器结构示意图。

[0034] 说明书附图4为共晶盐蓄热罐结构示意图。

[0035] 说明书附图5为王氏循环发电系统的主1级高压蒸汽发生器结构示意图。 [0036] 说明书附图6为王氏循环发电系统的次1级高压蒸汽发生器结构示意图。 [0037] 说明书附图7为王氏循环发电系统的节流膨胀冷凝器结构示意图。 [0038] 说明书附图8为王氏循环发电系统的孔板节流器结构示意图。

具体实施方式

[0039] 为了使本领域技术人员更好理解本发明，兹配合附图详细说明。如图1所示，本发明公开了一种高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，一种只要有阳光照射的地方都能安装使用的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统。

[0040] 高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，由包括：高聚光型太阳能集热装置、直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐蓄热系统、王氏循环发电系统、变配电系统、PLC智能控制系统等组成。其中包括：高聚光型太阳能集热装置1、蝶形阳光反射器1-1、抛物线形阳光反射器1-2、阳光反射器聚焦辐射线1-3、阳光聚焦点1-4、阳光自动跟踪器1-5、直接蒸发式高压蒸汽发生器2、R245fa液体2-1、R245fa高压蒸汽2-2、直接蒸发式高压蒸汽发生器支架2-3、主高压蒸汽输汽管3、共晶盐相变蓄热罐4、共晶盐蓄热材料4-1、主1级高压蒸汽发生器5、输汽管束5-1、R245fa液体5-2、R245fa高压蒸汽5-3、高压蒸汽传输管5-4、低压冷凝蒸汽传输管5-5、主2级高压蒸汽发生器6、输汽管束6-1、R245fa液体6-2、R245fa高压蒸汽6-3、高压蒸汽传输管6-4、低压冷凝蒸汽传输管6-5、主3级高压蒸汽发生器7、输汽管束7-1、R245fa液体7-2、R245fa高压蒸汽7-3、高压蒸汽传输管7-4、低压冷凝蒸汽传输管7-5、主4级高压蒸汽发生器8、输汽管束8-1、R245fa液体8-2、R245fa高压蒸汽8-3、高压蒸汽传输管8-4、低压冷凝蒸汽传输管8-5、1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1、2级(ORC)动力涡轮机10、2级发电机10-1、3级(ORC)动力涡轮机11、3级发电机11-1、4级(ORC)动力涡轮机12、4级发电机12-1、5级(ORC)动力涡轮机13、5级发电机13-1、次
1级高压蒸汽发生器14、低压冷凝蒸汽排气管束14-1、R245fa液体14-2、R245fa高压蒸汽
14-3、高压蒸汽传输管14-4、低压冷凝蒸汽传输管14-5、次2级高压蒸汽发生器15、低压冷凝蒸汽排气管束15-1、R245fa液体15-2、R245fa高压蒸汽15-3、高压蒸汽传输管15-4、低压冷凝蒸汽传输管15-5、次3级高压蒸汽发生器16、低压冷凝蒸汽排气管束16-1、R245fa液体16-2、R245fa高压蒸汽16-3、高压蒸汽传输管16-4、低压冷凝蒸汽传输管16-5、次4级高压蒸汽发生器17、低压冷凝蒸汽排气管束17-1、R245fa液体17-2、R245fa高压蒸汽
17-3、高压蒸汽传输管17-4、低压冷凝蒸汽传输管17-5、低压冷凝蒸汽输出总管18、孔板节流器18-1、节流膨胀冷凝器19、冷却水冷却管束19-1、R245fa低压冷凝蒸汽19-3、R245fa液体19-2、冷却水泵20、R245fa液体贮液罐21、R245fa液体循环泵22、R245fa液体输送管
22-1、电动比例积分调节阀23、输电电缆24、变、配电柜25、圆盘式温度计26、压力表27、智能化PLC控制系统28、主控电脑28-1、温度传感器28-2、压力传感器28-3、电动二通阀29、电动二通阀29-1、电动比例积分调节阀29-2。

[0041] 如附图1所示，高聚光型太阳能集热装置1以扇形阵列分布在直接蒸发式高压蒸汽发生器支架2-3周围，焦点对准安装在直接蒸发式高压蒸汽发生器支架2-3上面的直接蒸发式高压蒸汽发生器2。高聚光型太阳能集热装置1中的蝶形阳光反射器1-1和抛物线形阳光反射器1-2在阳光自动跟踪器1-5的驱动下，弧形反射镜面一直跟踪着太阳光自动旋转，在阳光照射下，产生阳光反射器聚焦辐射线1-3，把阳光聚焦点1-4集中在直接蒸发式高压蒸汽发生器2的下部受热区，设计受热区域阳光聚焦点1-4的温度为460℃～550℃。 [0042] 如附图3所示，直接蒸发式高压蒸汽发生器2是高压容器，下部装有R245fa冷液体2-1，R245fa液体2-1的进入量由电动比例积分调节阀23自动控制。R245fa液体2-1通过下部受热区吸收太阳能热量后，产生4.5～5.5mPa的R245fa高压蒸汽2-2。R245fa高压蒸汽2-2聚集在直接蒸发式高压蒸汽发生器2的上部，被主高压蒸汽输汽管3分别送到共晶盐相变蓄热系统和王氏循环发电系统中。

[0043] 如附图4所示，共晶盐相变蓄热罐4是带保温层的高压容器，入口安装有电动二通阀29-1，出口安装有电动比例积分调节阀29-2。460℃～550℃的R245fa高压蒸汽2-2进入共晶盐相变蓄热罐4后，安装在共晶盐相变蓄热罐4内的不同相变临介温度(82℃～164℃)的共晶盐蓄热材料4-1，发生固-液相变，以显热加潜热的形式把R245fa高压蒸汽
2-2的部分热量贮存起来。共晶盐相变蓄热罐4的数量按全年24小时发电运行模式、在没有太阳照射时段发电需求热量计算。共晶盐相变蓄热罐4白天进入和晚间输出的R245fa高压蒸汽2-2流量，由电动比例积分调节阀23和电动比例积分调节阀29-2自动调节控制。 [0044] 如附图5所示，在王氏循环发电系统中，主1级高压蒸汽发生器5内，安装有输汽管束5-1、输汽管束5-1由多根无缝钢管组成。主1级高压蒸汽发生器5的两端，分别设有主高压蒸汽输汽管3的进口和出口，在主1级高压蒸汽发生器5的上部，设有高压蒸汽传输管5-4、在主1级高压蒸汽发生器5的下部，设有R245fa低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。

[0045] 主2～4级高压蒸汽发生器6、7、8和主1级高压蒸汽发生器结构相同，只是在主6、7、8级高压蒸汽发生器上部，分别增加了一个高压蒸汽传输管14-4、15-4、16-4，分别与次1～3级高压蒸汽发生器相连。

[0046] 如附图6所示，次1级高压蒸汽发生器14内，安装有低压冷凝蒸汽排气管束14-1、排气管束14-1由多根无缝钢管组成。在次1级高压蒸汽发生器14的上部，设有高压蒸汽传输管14-4，与主2级高压蒸汽发生器6相连。在次1级高压蒸汽发生器14的两端，分别设有低压冷凝蒸汽传输管5-5和14-5，在次1级高压蒸汽发生器14的下部，设有R245fa低压液体送管22-1和电动比例积分调节阀23。

[0047] 次2～4级高压蒸汽发生器和次1级高压蒸汽发生器结构相同，通过低压冷凝蒸汽传输管14-5、15-5、16-5相连。为了减小R245fa低压冷凝蒸汽的阻力，低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管径，分别逐级加大。R245fa低压冷凝蒸汽输出总管18的管径，大于所有低压冷凝蒸汽传输管5-5、14-5、15-5、16-5管径，以降低沿程阻力、满足低压冷凝蒸汽输出总管18中R245fa流速的需要。

[0048] 如附图7所示，节流膨胀冷凝器19的结构，近似于主级高压蒸汽发生器的结构，属于干式换热器的范畴。在节流膨胀冷凝器19的上部，安装有孔板节流器18-1，与R245fa低压冷凝蒸汽输出总管18相连。在节流膨胀冷凝器19的内部，设有冷却水管束19-1，冷却水管束19-1由多根无缝钢管组成。节流膨胀冷凝器19的下部，有R245fa液体输送管22-1，与R245fa液体贮液罐21相连。节流膨胀冷凝器19的两端，分别设有冷却水进出口，冷却水进口与冷却水泵20相连。R245fa液体贮液罐21与R245fa液体循环泵22相连，R245fa液体循环泵22通过R245fa液体输送管22-1和高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的所有电动比例积分调节阀23相连，把R245fa液体输送入直接蒸发式高压蒸汽发生器、共晶盐相变蓄热罐和各主、次级高压蒸汽发生器中。

[0049] 有了上述结构后，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的实施方式是：当高聚光型太阳能集热装置1启动、运行后，太阳能光热热能即时产生。约460℃～550℃的太阳能光热从高聚光型太阳能集热装置1聚焦到直接蒸发式高压蒸汽发生器2的下部受热区，R245fa液体2-1通过下部受热区吸收太阳能热量，产生4.5～5.5mPa的R245fa高压蒸汽2-2。R245fa高压蒸汽2-2聚集在直接蒸发式高压蒸汽发生器2的上部，被主高压蒸汽输汽管3分别送到共晶盐相变蓄热系统和王氏循环发电系统中进行蓄热、发电。 [0050] 如附图2所示，进入王氏循环发电系统的R245fa高压蒸汽2-2，首先进入主1级高压蒸汽发生器5，穿过输汽管束5-1，R245fa高压蒸汽2-2热量通过输汽管束5-1的各支管管壁，把蒸汽热量传导给R245fa液体5-2，R245fa液体5-2吸热后，在临介温度460℃～550℃下发生液-汽相变，产生4.5～5.5mPa的R245fa高压蒸汽5-3，R245fa高压蒸汽5-3经高压蒸汽传输管5-4进入1级(ORC)动力涡轮机9，推动1级(ORC)动力涡轮机9运转，由
1级(ORC)动力涡轮机9带动1级发电机9-1发电。根据0.618黄金分割法分配，主1级高压蒸汽发生器5分配到的R245fa高压蒸汽2-2热量是R245fa高压蒸汽2-2总热量的61.8％。
从1级(ORC)动力涡轮机9出来的R245fa高压蒸汽5-3，成为低压R245fa冷凝蒸汽，经过低压冷凝蒸汽传输管5-5，进入次1级高压蒸汽发生器14，成为次1级高压蒸汽发生器14的热源。根据0.618黄金分割法分配，次1级高压蒸汽发生器14分配到的热源热量，是1级(ORC)动力涡轮机排出的低压R245fa冷凝蒸汽总冷凝热量的61.8％。因为1级(ORC)动力涡轮机的效率为10％，所以，次1级高压蒸汽发生器14分配到的热源热量，等于直接蒸发式蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽2-2总热量×61.8％×(1-10％)×61.8％。为了充分利用R245fa高压蒸汽2-2总热量，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统把1级发电机发电量定为R245fa高压蒸汽2-2总热量折合发电总量的61.8％，把次1级高压蒸汽发生器14的发电能力定为低压R245fa冷凝蒸汽总发电能力的61.8％，并以此确定主
1级高压蒸汽发生器5、1级(ORC)动力涡轮机9、1级发电机9-1和次1级高压蒸汽发生器
14的大小和规格型号。然后，再按0.618黄金分割法，依次确定主2～4级高压蒸汽发生器、2～4级(ORC)动力涡轮机、2～5级发电机以及次2～4级高压蒸汽发生器的规格型号的大小。

[0051] 因为主1～4级高压蒸汽发生器的结构基本相同，R245fa高压蒸汽2-2循环系统的能量转换过程也一样。460℃～550℃的R245fa高压蒸汽2-2在主1级高压蒸汽发生器5内消耗了61.8％的总热热量后，流量不变，温度由460℃～550℃降到284.28℃～360.45℃，经R245fa高压蒸汽输汽管3进入主2级高压蒸汽发生器6，R245fa高压蒸汽2-2通过输汽管束6-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体6-2，R245fa液体6-2吸热后，在临介温度284.28℃～360.45℃下发生液-汽相变，产生2.78～3.4mPa的R245fa高压蒸汽6-3，R245fa高压蒸汽6-3和从次1级高压蒸汽发生器14产生的R245fa高压蒸汽14-3压力相同，通过王氏循环方式循环，R245fa高压蒸汽6-3和14-3，在主2级高压蒸汽发生器
6内混合后，从高压蒸汽传输管6-4进入2级(ORC)动力涡轮机10，推动2级(ORC)动力涡轮机10运转、带动2级发电机10-1发电。

[0052] 从2级(ORC)动力涡轮机10排出的低压R245fa冷凝蒸汽，从低压冷凝蒸汽传输管6-5进入次2级高压蒸汽发生器15，成为次2级高压蒸汽发生器15的热源，因为2级(ORC)动力涡轮机的效率为10％，所以，进入次2级高压蒸汽发生器15的热源热量等于进入2级(ORC)动力涡轮机10的R245fa高压蒸汽6-3热量的90％(1-10％)×61.8％，温度为175.6℃～222.75℃。同时，还有从次1级高压蒸汽发生器14出来、经低压冷凝蒸汽传输管14-5进入的175.6℃～222.75℃的R245fa低压冷凝蒸汽，也做为次2级高压蒸汽发生器15的热源，这部分热源热量等于进入次1级高压蒸汽发生器15的R245fa 低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为进入次2级高压蒸汽发生器15的两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以进行王氏循环方式循环。次2级高压蒸汽发生器15内的R245fa低压液体15-2，在吸收两个热源热量后，发生液-汽相变，产生R245fa高压蒸汽15-3，R245fa高压蒸汽15-3的温度为175.6℃～222.75℃，从高压蒸汽传输管15-4进入主3级高压蒸汽发生器7。从主2级高压蒸汽发生器6出来的175.6℃～222.75℃的R245fa高压蒸汽2-2也进入主3级高压蒸汽发生器7，通过输汽管束7-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体7-2，R245fa液体7-2吸热后，在临介温度175.6℃～222.75℃下发生液-汽相变，产生
1.72～2.1mPa的R245fa高压蒸汽7-3，R245fa高压蒸汽7-3和从次2级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽15-3压力相同，通过王氏循环方式循环，在主3级高压蒸汽发生器
7内混合后，从高压蒸汽传输管7-4进入3级(ORC)动力涡轮机11，推动3级(ORC)动力涡轮机11运转、带动3级发电机11-1发电。

[0053] 从3级(ORC)动力涡轮机11排出的低压R245fa冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管7-5进入次3级高压蒸汽发生器16，成为次3级高压蒸汽发生器16的热源，因为3级(ORC)动力涡轮机11的效率为10％，所以，进入次3级高压蒸汽发生器16的热源热量等于进入3级(ORC)动力涡轮机11的R245fa高压蒸汽7-3热量的90％(1-10％)×61.8％，温度为108.5℃～137.65℃。同时，还有从次2级高压蒸汽发生器15出来、经低压冷凝蒸汽传输管15-5进入的108.5℃～137.65℃低压冷凝蒸汽，也做为次3级高压蒸汽发生器16的热源，这部分热源热量等于进入次2级高压蒸汽发生器15的R245fa低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过王氏循环方式循环，共同进入次3级高压蒸汽发生器 16做为热源。次3级高压蒸汽发生器16内的R245fa冷媒低压液体16-2，在吸收R245fa两个冷媒低压冷凝蒸汽热量后，发生液-汽相变，产生1.05～1.3mPa的R245fa高压蒸汽16-3，从高压蒸汽传输管16-4进入主4级高压蒸汽发生器8，高压蒸汽16-3的温度为108.5℃～137.65℃。从主3级高压蒸汽发生器7出来的108.5℃～
137.65℃的R245fa高压蒸汽2-2进入主4级高压蒸汽发生器8，通过输汽管束8-1的各支管管壁，把热量传导给R245fa液体8-2，R245fa液体8-2吸热后，在临介温度108.5℃～
137.65℃下发生液-汽相变，产生1.05～1.3mPa的R245fa高压蒸汽8-3，R245fa高压蒸汽8-3和从次3级高压蒸汽发生器产生的R245fa高压蒸汽16-3压力相同，通过王氏循环方式循环，在主4级高压蒸汽发生器8内混合后，从高压蒸汽管8-4进入4级(ORC)动力涡轮机12，推动4级(ORC)动力涡轮机12运转、带动4级发电机12-1发电。

[0054] 从4级(ORC)动力涡轮机12排出的低压R245fa冷凝蒸汽，经低压冷凝蒸汽传输管8-5进入次4级高压蒸汽发生器17，成为次4级高压蒸汽发生器17的热源，因为4级(ORC)动力涡轮机12的效率为10％，所以，进入次4级高压蒸汽发生器17的热源热量等于进入4级(ORC)动力涡轮机12的R245fa高压蒸汽8-3热量的90％(1-10％)×61.8％，温度为
67℃～85.06℃。同时，还有从次3级高压蒸汽发生器16出来、经低压冷凝蒸汽传输管16-5进入的67℃～85.06℃的R245fa低压冷凝蒸汽，也做为次4级高压蒸汽发生器17的热源，这部分热源热量等于进入次3级高压蒸汽发生器16的低压冷凝蒸汽热量的61.8％。因为两个热源温度相等，压力也相等，所以，可以通过王氏循环方式循环，共同进入次4级高压蒸汽发生器17做为热源。进入次4级高压蒸汽发生器17的还有从主4级出来的R245fa 高压蒸汽2-2，温度为67℃～85.06℃，成为第三个热源。次4级高压蒸汽发生器17内的R245fa低压液体17-2，在吸收三个热源热量后，发生液-汽相变，产生高压蒸汽17-3，高压蒸汽17-3的温度为67℃～85.06℃，压力为0.65～0.80mPa，从高压蒸汽管17-4进入5级(ORC)动力涡轮机13，推动5级(ORC)动力涡轮机13运转、带动5级发电机13-1发电。 [0055] 从主1级高压蒸汽发生器进入的R245fa高压蒸汽2-2，在主1～4级高压蒸汽发生器循环流动，热量被主1～4级高压蒸汽发生器内的R245fa低压液体逐级吸收，发生液-汽相变，产生高压蒸汽，推动1～5级(ORC)动力涡轮机运转、带动1～5级发电机发电。温度从460℃～550℃降为41℃～52.5℃，如此完成一个R245fa高压蒸汽2-2热能转换为电能过程；从1级(ORC)动力涡轮机9排出的284.2℃～339.9℃的R245fa低压冷凝蒸汽，在次1～4级高压蒸汽发生器逐级循环后，热量被次1～4级高压蒸汽发生器内的R245fa低压液体逐级吸收，发生液-汽相变，产生高压蒸汽，进入主2～4级高压蒸汽发生器，与主
1～4级高压蒸汽发生器内的R245fa高压蒸汽混合后，推动2～5级(ORC)动力涡轮机运转、带动2～5级发电机发电。温度从284.2℃～339.9℃降为41℃～52.5℃，如此完成一个R245fa低压冷凝蒸汽热能转换为电能过程。

[0056] R245fa高压蒸汽2-2和R245fa低压冷凝蒸汽在通过主1～4级高压蒸汽发生器和次1～4级高压蒸汽发生器后，汇合成为R245fa低压蒸汽，经过低压冷凝蒸汽传输总管18进入孔板节流器18-1。如附图7、附图8所示，孔板节流器18-1有多根小孔径节流管，根据“焦耳-汤姆逊”定律的“节流冷效应”原理，R245fa低压蒸汽经孔板节流器18-1节流后，流量不变，流速增高、压力降低，然后进入节流膨胀冷凝器19，在节流膨胀冷凝器19内，R245fa低压蒸汽体积突然膨胀，密度变小，与冷却水管束19-1各支管的外表面接触，进行热交换，吸收20℃～25℃冷却水的冷量，产生汽-液相变，由汽态变为液态，成为低温、低压R245fa液体。低温、低压R245fa液体从节流膨胀冷凝器19下部进入R245fa贮液罐21，被R245fa液体循环泵22经R245fa输液管22-1和电动比例积分调节阀23，送进直接蒸发式高压蒸汽发生器2、共晶盐相变蓄热罐和王氏循环发电系统中的各主级、次级高压蒸汽发生器，如此完成一个R245fa有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。

[0057] R245fa流体王氏循环过程是是在绝热的条件下进行的，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的所有装置和设备，都有保温层保温。保温层选择的保温材料为硬质聚胺脂发泡材料或难燃B1级橡塑保温材料。保温材料的性能和等级，按国家标准执行。 [0058] 根据0.618黄金分割法，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的发电量和发电能力按以下方法计算，以1000KW太阳能光热发电站为例：

[0059] 太阳能光热发电站发电量：1000KW(ORC)动力涡轮机效率10％

[0060] 1、主1级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0061] 1000KW×0.618=618KW(先设定)

[0062] 2、主2级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0063] (1000-618)KW×0.618×10％=23.60KW

[0064] 3、主3级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0065] (1000-618-23.60)KW×0.618×10％=22.15KW

[0066] 4、主4级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0067] (1000-618-23.60-22.15)KW×0.618×10％=20.78KW

[0068] 5、主1～4级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0069] 618+23.60+22.15+20.78=684.53KW

[0070] 6、次1级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0071] (1000-618)KW×0.618×(1-10％)=212.46KW(先设定)

[0072] 7、次2级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0073] (1000-618-212.46)KW×90％×0.618×10％=9.42KW

[0074] 8、次3级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0075] (1000-618-212.46-9.42)KW×90％×0.618×10％=8.90KW

[0076] 9、次4级高压蒸汽发生器的发电能力等于三个热源折合发电量总合： [0077] (1)、从次三级进入的热源发电量：

[0078] (1000-618-212.46-9.42-8.90)KW×90％×0.618×10％=8.41KW

[0079] (2)、从4级(ORC)动力涡轮机进入的热源发电量：

[0080] 20.78KW×90％×10％＝1.87KW

[0081] (3)、从主4级进入的热源发电量：

[0082] (1000-684.53)KW×10％=31.54KW

[0083] 次4级高压蒸汽发生器的发电能力(5级发电机12发电量)：

[0084] (8.41+1.87+31.54)KW×10％=4.18KW

[0085] 10、次1～4级高压蒸汽发生器的发电能力：

[0086] 212.46+9.42+8.90+4.18=234.96KW

[0087] 11、高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的总发电能力为： [0088] (684.53+234.96)KW=919.49KW

[0089] 12、高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的理论发电率为： [0090] 919.49KW÷1000KW×100％=91.94％

[0091] 13、高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的光热利用率为： [0092] (1000-8.41-1.87-31.54)KW÷1000KW×100％=95.82％

[0093] 14、高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统的最后冷凝热量为： [0094] (8.41+1.87+31.54)KW=41.82KW

[0095] 从以上计算可以看出，高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，通过王氏循环，(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到91.94％，达到8倍以上，光热利用率为95.82％。

[0096] 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中，智能化PLC控制系统28中的主控电脑28-1，通过温度传感器28-2、压力传感28-3传递的信息，始终对高聚光型太阳能集热装置1、直接蒸发式高压蒸汽发生器2、共晶盐相变蓄热系统中的共晶盐相变蓄热罐4和王氏循环发电系统中的主1～4级、次1～4级高压发生器、1～5级(ORC)动力涡轮机、1～5级发电机运行进行监控，记录运行数据和运行状态，主控电脑28-1通过通讯接口与变配电柜25连接，随时掌握发电、变配电、输电信息，控制变配电柜25有序工作。主控电脑28-1可以远程控制，操作人员也可以通过安装在各部位的圆盘式温度表26、压力表27，实施现场监控，保证高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统正常运行。如果系统某部位发生故障和异常状态，主控电脑28-1报警系统可以报警并显示故障位置和故障原因，实施远程控制，关、停相关部件和设备，防止大故障发生，避免大事故出现。 [0097] 上述高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统，由于采用王氏循环发电系统，把太阳能光热利用率提高到95.82％以上，把(ORC)动力涡轮机效率从8～11％提高到
91.94％以上，把电价降低到光伏电价的10％，实现了太阳能低价发电的梦想，在节能、减排科技领域里无疑是一个伟大创举和创新。

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高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统

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