技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种太阳能光热梯级利用系统，主要涉及一种利用太阳能集发电、供热
水和制冷三种功能于一体的模块式太阳能光热利用系统。
背景技术
[0002] 长期以来，
能源尤其是电
力供应一直是制约我国经济和社会可持续、高效发展的主要因素。每年总有很多地区因为用电紧张而不得不采取拉闸限电、错峰用电等应急措施，严重影响了工业生产或国民生活。为缓解用电紧张局面，除可增加常规火力、水力发电装机容量外，出于环保和节能减排的考虑，其他新能源的利用尤应引起关注和重视。这方面典型的有太阳能、
风能和核能等。近年来，一些专家学者提出，全球第四次技术革命正在来临，而新能源技术革命、特别是太阳能利用将是第四次技术革命的突破口。美国、日本已有很多专家学者认为第四次技术革命就是太阳能利用的革命。当前太阳能利用主要是发电和光热直接利用。而太阳能发电技术，根据其利用方式，主要可分为两大类：一是
光伏发电，光伏发电经过较长时间的发展已经比较成熟，但是核心技术和设备都是由欧美国家掌控，国外的垄断导致光伏发电成本居高不下；另一方面，光伏产业尤其是晶
硅太阳能发展中仍然存在高能耗和高污染等问题。二是光热发电，即通过太阳能聚热装置将太阳能聚集起来产生高温
热能，加热工作介质来驱动发
电机发电，除高温热能的产生来自太阳之外，其他组成部分与常规发电设备类似，具有清洁高效、稳定可靠等特点。太阳能热发电技术中的“蓄热”环节，可以将获得的热能通过介质储存在专
门设置的容器中，可以保证在太阳落山后几个小时仍然能够带动
汽轮机等发电，
电压稳定，而且避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可大大降低整个发电成本。与光伏发电相比，光热发电所输出的电力与常规火力发电等性质相同，无需通过逆变即可直接接入
电网；且由于光热发电技术依靠太阳能这一清洁
可再生能源发电，不会产生化石能源发电无法避免的环境问题，因此光热发电技术具有突出的环境生态优势，是目前绿色发电技术之一。此外，
冰箱、
空调和
热水器已成为居民家庭生活中不可或缺的产品，尤其是空调同时又是居民夏季用电的主要设备，是导致夏季居民用电负荷高涨的主要因素。因此，如何降低居民冰箱空调等的用电、同时又不影响生活舒适性，也就成为人们关注的中心点之一。因此，如果能通过其它途径为居民生活提供电力，而减少居民生活用电对电网的负荷需求，则可大大缓解用电紧张局面。在新能源利用、节能技术和制冷空调技术等方面，人们期望通过利用太阳能的光热发电来满足工业、商业和民用等方面的需求。
[0003] 对
现有技术的文献检索发现如下
专利，专利名称为：微型分布式太阳能驱动冷热电联供系统，专利号为CN200710041475，该专利公开了太阳能冷热电联供，特别指明
太阳能集热器为
真空管集热器、发电采用的是有机物
朗肯循环的热力发电系统、制冷单元采用的是
吸附式制冷系统，但该专利并非模块式结构。专利名称为：吸收式冷热一体机（专利号为200810067136.9）和扩散吸收式制冷系统（专利号200810067137.3），这两份专利公开了制冷装置则采用扩散
吸收式制冷机。
实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种发电、供热水和制冷为一体的模块式太阳能光热梯级利用系统。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是：一种模块式太阳能光热梯级利用系统，包括太阳能集热装置、
蒸汽发生装置、热发电装置、吸收式制冷装置、制热水装置、第一
循环泵、第二
循环泵，以及第一
阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门和第十四阀门；
[0006] 该蒸汽发生装置包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述第一进口与该太阳能集热装置的出口管道连接，所述第一出口与该第一循环泵的进口管道连接，该第一循环泵的出口与该太阳能集热装置的进口管道连接；
[0007] 该蒸汽发生装置的第二出口与该热发电装置的进口管道连接，该蒸汽发生装置的第二进口与该第二循环泵的出口管道连接，该热发电装置的出口与该吸收式制冷装置的进口管道连接，该吸收式制冷装置的出口与该制热水装置的进口管道连接，该制热水装置的出口与该第二循环泵的进口管道连接；
[0008] 该蒸汽发生装置的第二出口与该热发电装置的进口的连接管道上设有该第十四阀门，该蒸汽发生装置的第二出口依次通过该第十三阀门、该第八阀门与该吸收式制冷装置的进口管道连接，该第八阀门设置在该热发电装置的出口与该吸收式制冷装置的进口的连接管道上，该热发电装置的出口依次通过该第七阀门、该第十一阀门与该制热水装置的进口管道连接，该吸收式制冷装置的出口依次通过该第九阀门、该第十阀门与该第二循环泵的进口连接，该第九阀门、该第十一阀门依次设置在该吸收式制冷装置的出口与该制热水装置的进口连接管道上，该制热水装置的出口与该第二循环泵的进口的连接管道上设有该第十二阀门。
[0009] 进一步地，所述系统还包括储热装置和辅助
燃料锅炉；
[0010] 该太阳能集热装置的出口通过该第一阀门与该储热装置的进口管道连接，该蒸汽发生装置的进口通过该第三阀门与该储热装置的出口管道连接；该太阳能集热装置的出口与蒸汽发生装置的第一进口的连接管道上设置该第二阀门；
[0011] 该蒸汽发生装置的第二出口通过该第四阀门与该辅助燃料锅炉的进口管道连接，该辅助燃料锅炉的出口通过第五阀门与该热发电装置的进口管道连接；该蒸汽发生装置的第二出口与该热发电装置的进口的连接管道上依次设有该第六阀门和该第十四阀门。
[0012] 进一步地，所述系统还包括冷却装置，该冷却装置的进口通过该第十二阀门与该制热水装置的出口管道连接，该冷却装置的出口与第二循环泵的进口管道连接。
[0013] 进一步地，该太阳能集热装置是碟式或槽式太阳能集热器。
[0014] 进一步地，该热发电装置是有机物朗肯循环装置或
水轮发电机或汽轮发电机。
[0015] 进一步地，该水轮发电机和汽轮发电机是螺杆式发电机或旋转式发电机。
[0016] 进一步地，该吸收式制冷装置是扩散吸收式制冷机。
[0017] 进一步地，该储热装置是如下储热器中的至少一种：
相变储热器、高温储热器和低温储热器。
[0018] 进一步地，该储热装置的数量是一个或两个以上。
[0019] 进一步地，所述系统还包括第十五阀门和第十六阀门，第一循环泵的出口端和太阳能集热装置入口之间的管路中设有第十五阀门；所述第一循环泵的出口端还通过管路与储热装置的入口端相连，且在第一循环泵的出口端与储热装置的入口端之间的管路中设有第十六阀门。
[0020] 采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型利用高效太阳能聚热装置获取热源，以储热方式储能，并利用热源先发电、再制冷以作为空调、冰箱的冷源，最后利用蒸汽
凝结时的余热制取生活热水等而实现能源梯级利用的模块式系统。可以根据实际情况，通过阀门调节对发电、供冷和供热进行实际选择，对本系统功能进行灵活选择与控制，使发电、供冷和供热系统既能满足使用要求，又具有较高的运行效率。同时，本系统采用的模块式结构又便于根据需要对其模块数量进行组合，满足不同容量大小系统的使用需要。本实用新型符合绿色能源的利用和发展趋势，对节能减排有着非常重要的意义。模块式的设计便于根据需要进行拼装而组成中型系统，满足酒店、医院、农牧场、企业、家庭等的用电及冷热需求，可在一定程度上缓解用电紧张的局面。本实用新型在技术上改变了单独发电而提出了电、热、冷三效综合利用的思路，使能源利用效率更为高效，在系统功能上也是一种突破性发展；尤其是通过合理设计实现能源的梯级利用，可有效减少光热发电过程中对
冷却水资源的需求和消耗。因此，有利于促进高端太阳能光热利用技术在生产或生活中的普及和应用，实现节能减排的目标。
附图说明
[0021] 图1是本实用新型的系统结构连接示意图。
具体实施方式
[0022] 为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选
实施例进行详细说明。
[0023] 请参阅图1，图1是本实用新型模块式太阳能光热梯级利用系统的结构连接示意图。本实用新型的模块式太阳能光热梯级利用系统包括太阳能集热装置1、储热装置2、蒸汽发生装置3、辅助燃料锅炉4、热发电装置5、吸收式制冷装置6、制热水装置7、冷却装置8、第一循环泵9、第二循环泵10，以及第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15和第十六阀门V16。
[0024] 该蒸汽发生装置3包括两个进口和两个出口，即第一进口、第一出口、第二进口和第二出口。该太阳能集热装置1的出口与该蒸汽发生装置3的第一进口管道连接，该太阳能集热装置1的进口与该第一循环泵9的出口管道连接，该太阳能集热装置1和该蒸汽发生装置3的管道连接处设有该第二阀门V2。即该太阳能集热装置1、该蒸汽发生装置3、该第一循环泵9依次连接，形成第一个循环回路。进一步地，该储热装置2进口与和该太阳能集热装置1的出口之间的管道中设有该第一阀门V1，该储热装置2出口与该蒸汽发生装置3的第一进口之间的管道中设有该第三阀门V3。所述第一循环泵9的出口端和太阳能集热装置1入口之间的管路中设有第十五阀门V15；所述第一循环泵9的出口端还通过管路与储热装置2的入口端相连，且在第一循环泵9的出口端与储热装置2的入口端之间的管路中设有第十六阀门V16。
[0025] 该热发电装置5的进口与该蒸汽发生装置3的第二出口管道连接，进一步地，该辅助燃料锅炉4通过该第四阀门V4与该蒸汽发生装置3第二出口管道连接，该辅助燃料锅炉4通过该第五阀门V5与该热发电装置5的进口管道连接。
[0026] 该吸收式制冷装置6的进口与该热发电装置5的出口管道连接，该吸收式制冷装置6的出口与该制热水装置7的进口管道连接，该冷却装置8的进口与该制热水装置7的出口管道连接，该冷却装置8的出口与该第二循环泵10的进口管道连接。即该热发电装置5、该吸收式制冷装置6、该制热水装置7、该冷却装置8、该第二循环泵10与该蒸汽发生装置
3依次连接，形成第二个循环回路。进一步地，该蒸汽发生装置3与该热发电装置5的连接管道上依次设有该第六阀门V6和第十四阀门V14；该热发电装置5与该吸收式制冷装置6的连接管道上设有第八阀门V8；该吸收式制冷装置6与该制热水装置7的连接管道上依次设有该第九阀门V9和第十一阀门V11；该制热水装置7与该冷却装置8的连接管道上设有该第十二阀门V12。更进一步地，该蒸汽发生装置3依次通过该第六阀门V6、该第十三阀门V13、该第八阀门V8与该吸收式制冷装置6管道连接；该辅助燃料锅炉4依次通过该第五阀门V5、该第十一阀门V14、该第十三阀门V13、该第八阀门V8与该吸收式制冷装置6管道连接；该热发电装置5依次通过第七阀门V7、该第十一阀门V11与该制热水装置7管道连接；
该吸收式制冷装置6依次通过第九阀门V9、该第十阀门V10与该冷却装置8管道连接。
[0027] 上述各部件有机连接成一个模块式太阳能光热梯级利用系统，可以实现连续的太阳能集热发电、供冷和供热水的功能，也可通过控制该第一阀门V1～第十六阀门V16的切换完成不同功能的组合运行。首先通过该太阳能集热装置1把太阳能收集并转化为集热介质（如
导热油）的热能，当集热介质的
温度达到一定值时，集热介质通过该第二阀门V2送入该蒸汽发生装置3中加热并使中间热介质用于发电，如果集热介质所集的热量大于发电所需要的热量，则多余的集热介质可通过该第一阀门V1和该第三阀门V3进入该储热装置2储存，而需要用于发电的集热介质则仍然通过该第二阀门V2管路直接进入该蒸汽发生装置3中。在该蒸汽发生装置3中，集热介质和一种中间热介质进行换热，并把换热后的中间热介质（如
过热状态的水蒸汽）输送到该热发电装置5，并驱动该热发电装置5中的发电机（未标注）进行热发电。完成发电后的中间热介质仍旧具有较高的温度，继续利用这部分中间热介质作为热源来驱动该吸收式制冷装置6进行制冷并对用户输出冷量。驱动该吸收式制冷装置6后的中间热介质仍然具有较高温度并含有部分饱和状态的蒸汽，还可以进一步地通过热交换在该制热水装置7产生热水供应给用户，而放热后的中间热介质全部变为液体状态（如有必要，可再通
过冷却系统使热介质完全冷凝为液体）后由该第二循环泵10升压并送回至该蒸汽发生装置3中进入下一个换热发电循环。而在该蒸汽发生装置3中放出热量降温后的集热介质则由该第一循环泵9驱动进入该太阳能集热装置1进行重新加热升温，进行下一个集热循环。在以上过程中，当太阳能充足时，可以在发电的同时把多余的热量储存在该储热装置2中，供无太阳光时发电使用。
[0028] 本实用新型模块式太阳能光热梯级利用系统中，如果太阳能不足，可以关闭该第一阀门V1和第三阀门V3，并开启该第二阀门V2使得集热介质直接流向该蒸汽发生装置3；如果太阳能严重不足，可将该辅助燃料锅炉4投入运行，同时开启该第四阀门V4和第五阀门V5，并关闭该第六阀门V6，使中间热介质通过该辅助燃料锅炉4继续加热并产生满足要求的蒸汽后进入该热发电装置5；如果太阳能充足，则该辅助燃料锅炉4无需投入运行，即关闭该第四阀门V4和第五阀门V5，开启该第六阀门V6即可。运行过程中，如果需要同时发电、供冷和制热水，则保持该第八阀门V8、第九阀门V9、第十一阀门和第十二阀门开启，而关闭该第七阀门V7和第十阀门V10；如果不需要供冷，则开启该第七阀门V7、关闭该第八阀门V8和第九阀门V9；如果不需要制热水，则开启该第十阀门V10、关闭该第十一阀门V10和第十二阀门V12。因此，通过该第七阀门V7～第十六阀门V16的切换，可以实现多种运行功能的转换，使本实用新型模块式太阳能光热梯级利用系统运行更为灵活，主要可实现的运行功能有：
[0029] 1）发电、供冷和供热水系统：开启该第八阀门V8、第九阀门V9、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第六阀门V6和第十四阀门V14，关闭第七阀门V7、第十阀门V10、第十三阀门V13。进一步地，如需要该辅助燃料锅炉4投入运行时，则关闭该第六阀门V6和第十四V14，而开启第四阀门V4和第五阀门V5。
[0030] 2）发电和供冷系统：开启该第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第六阀门V6和第十四阀门V14，关闭第七阀门V7、第十一阀门V11、第十二阀门V12和第十三阀门V13。进一步地，如需要该辅助燃料锅炉4投入运行时，则关闭第六阀门V6和第十四阀门V14，而开启第四阀门V4和第五阀门V5。
[0031] 3）发电和供热水系统：开启该第七阀门V7、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第六阀门V6和第十四阀门V14，关闭第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第十三阀门V13。进一步地，如需要该辅助燃料锅炉4投入运行时，则关闭第六阀门V6和第十四阀门V14，而开启第四阀门V4和第五阀门V5。
[0032] 4）太阳能供冷和供热水系统：开启该第六阀门V6、第十三阀门V13、第八阀门V8、第九阀门V9、第十一阀门V11、第十二阀门V12，关闭第七阀门V7、第十阀门10、第十四阀门V14。
[0033] 5）发电系统：开启该第七阀门V7、第十阀门V10、第六阀门V6和第十四阀门V14， 关闭第八阀门V8、第九阀门V9、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13。进一步地，如需要该辅助燃料锅炉4投入运行时，则关闭第六阀门V6和第十四阀门V14，开启第四阀门V4和第五阀门V5。
[0034] 6）太阳能供冷系统：开启第六阀门V6、第十三阀门V13、第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10，关闭第七阀门V7、第十一阀门V11、第十二阀门12和第十四阀门V14。
[0035] 7）太阳能供热水系统：开启该第六阀门V6、第十三阀门V13、第七阀门V7、第十一阀门V11、第十二阀门V12，关闭第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10和第十四阀门V14。
[0036] 8）当无太阳光时，可利用储热装置2中储存的热能来驱动蒸汽发生装置3工作，必要时通过辅助燃料锅炉4提供足够的发电蒸汽。此时，第一阀门V1、第二阀门V2和第十六阀门V16关闭，第三阀门V3和第十五阀门V15开启，集热介质不再流过太阳能集热装置1而是只在储热装置2、蒸汽发生装置3和第一循环泵9之间循环流动，达到利用储热装置2所储存热能的目的，此时，中间热介质（热发
电介质）的流程根据功能需要仍与上述1）～7）相同。
[0037] 该太阳能集热装置1，可采用槽式或碟式聚光集热器等把集热介质，如中温导热油，循环加热到150～350℃。
[0038] 该储热装置2，采用相变储热材料（如NaOH或LiNO3等），以较小的体积获取最大限度的储热量，减少系统的占地面积，提高储热效率，也便于根据需要对热
流体介质的温度和流量进行控制。储热装置2的数量可根据需要设置一个或两个以上，为提高储热效率，还可分别设置高温储热器和低温储热器分别进行储热。
[0039] 该热发电装置5，采用低温发电技术，可采用小型螺杆式或其它形式的小型发电机。用于中间发电的热介质在循环过程中产生液体--气体--液体的相变，其流量和其它参数易于控制，可以确保发电工况的
稳定性和安全性。
[0040] 吸收式制冷装置6，采用已有热驱动的扩散吸收式制冷方式，由70～95℃的热源驱动，并可根据使用要求向用户提供冰箱和空调用的制冷温度。
[0041] 本实用新型的系统流程设置，可以实现热量的梯级利用，在最理想的情况下，甚至可以停用该冷却装置8的运行，而是仅通过生产热水使中间热介质实现凝结，大大减少本系统的
热损失而，从而提高综合效率。
[0042] 本实用新型的模块式太阳能光热梯级利用系统包括一个第一循环回路的集热介质流程和第二循环回路的中间热介质（热发电介质）流程。在集热介质流程中，集热介质通过该第一循环泵9的驱动，在该太阳能集热装置1、该蒸汽发生装置3和该储热装置2中循环流动传输热量；该储热装置2的进口和出口的管道上通过分别设置有的该第一阀门V1和第三阀门V3对该太阳能集热装置1多余的热能进行储存，便于实现直接供热发电与储热运行方式的组合。集热介质在本实用新型中采用导热油，其在太阳能集热器中的最终温度在150～350℃之间。该蒸汽发生装置3中有两股介质分离流动，一股为集热介质，该集热介质在集热介质流程中循环；另一股为中间热介质（热发电介质）。中间热介质为驱动热发电机运行的介质，根据热源温度高低，可选用水或其他有机介质。在中间热介质流程中，该蒸汽发生装置3的第二出口与该热发电装置5管道连接、该蒸汽发生装置3的第二进口与该第二循环泵10的出口相连。另外，该辅助燃料锅炉4的进口和出口也分别通过该第四阀门V4和第五阀门V5与该蒸汽发生装置3的第二出口和该热发电装置5的进口管道连接，满足太阳能不足时发电的热量需要。该热发电装置5中的出口与该吸收式制冷装置6的进口管道连接，该吸收式制冷装置6的出口与该制热水装置7的进口管道连接，该制热水装置7的出口与该冷却装置8的进口管道连接。该冷却装置8的出口与该第二循环泵10的进口管道连接，该第二循环泵10的出口与该蒸汽发生装置3的第二进口管道连接。该热发电装置
5通过内部设置的发电机与配电控制装置相连后对外供电，该吸收式制冷装置6向外供冷，该制热水装置7通过内置的热水箱和热
水循环泵相连提供热水，该冷却装置8的冷却水则在内置的换热器、冷却水循环泵和
冷却塔之间循环流动。上述各部件有机连接成一个系统，可以实现连续的太阳能集热发电、供冷和供热水的功能，也可通过该第七阀门V7～第十四阀门V14的切换完成不同功能的组合运行。用户可以根据实际需要，可由多个模块进行组合，以满足不同规模用电、用冷和用热水需要。
[0043] 以输出10kW电力模块为例，测算表明，当由太阳能产生的蒸汽温度和压力分别为350℃、0.5MPa时，相对于单纯热发电而言，三效系统能把效率由14%提高到36%左右，具有极好的节能效果。
[0044] 在实际应用中,可以根据实际情况对发电、供冷和供热进行调节，对其功能进行灵活选择与控制，使发电、供冷和供热系统既能满足使用要求，又具有较高的运行效率。同时，本系统采用的模块式结构又便于根据需要对其模块数量进行组合，满足不同容量大小系统的使用需要。
[0045] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附
权利要求及其等同范围限定。
