技术领域
[0001] 本
发明涉及
太阳能光热新
能源技术领域，尤其涉及一种再热储热体储热取热热量平衡方法及光热换能系统。
背景技术
[0002] 对于采用
水作为换热工质和做功工质的光热电站，储热和取热两个过程分别在两个回路完成，一是储热回路，一是取热回路。储热回路中：集热器将太阳光收集起来，将热量传递给高压给水，水吸收热量转变为高温高压
过热蒸汽，
过热蒸汽通过管路进入储热设备，与储热设备内的储热介质换热
凝结为
过冷水，储热介质吸热升温。取热回路中，取热过程有两个流程：1、来自常规岛的高压给水进入储热设备，依次进行预热、
蒸发、过热，最终转变为过热蒸汽通过主蒸汽管道进入
汽轮机做功；2、来自汽轮机高压缸的压
力较低的
饱和蒸汽进入储热设备，进行再次过热，再热之后进入汽轮机中低压汽缸做功。
[0003] 根据水和水蒸汽的属性，水在由液态过冷水转换为过热蒸汽的过程中，要依次吸取过冷热量、
汽化潜热和过热热量，在由过热蒸汽转换为液态水的过程中，分别释放出过热热量、
汽化潜热和过冷热量。如果储热回路采用水工质作为换热工质并且形成一个完整的循环，水工质必须以液态经过水
泵作为动力源进入集热器吸收热量；同时储热回路中的热量必须被取热回路全部提取走，才能完成一个工作循环，才能不断的进行储热和取热的交替运行。
[0004] 对于汽轮机有再热设计的光热电站，取热回路的取热过程同时包含了上述两个流程。为满足再热汽轮机的正常运行，储热回路必须和取热回路的总热量对等，但实际过程中储热回路和取热回路交替运行几次之后，储热回路的储热过程就无法再继续进行。具体原因为，储热回路的过热蒸汽释放了过热热量、汽化潜热、过冷热量，但是取热回路在进行第2个流程时，由于汽轮机的高压缸排汽已经是饱和蒸汽状态，所以只吸收了储热介质中的过热热量，没有吸收或少量吸收了汽化潜热和过冷热量，导致了储热回路后续进行储热时，一部分过热蒸汽只能释放过热热量，由于没有释放汽化潜热和过冷热量，这部分过热蒸汽在经过储热介质之后依然是蒸汽状态，但是储热回路的储热过程必须是将水工质以液态送入储热塔，这就导致了储热回路无法继续进行，继而整个光热电站的无法完成循环发电。
[0005] 为解决上述问题，必须将储热回路相当一部分的储热量排放掉或转移到其它地方，才能使得储热、取热循环继续进行。但是，这部分热量全部来自镜场的集热过程，没有经过汽轮机发电产生应用的效益，使得镜场的相当一部分投资属于无效投资或低效投资，而且还会增加储热系统的设计储
热容量，增加的储热系统也没有产生应有的效益，这部分储热系统的投资也变成了无效和低效投资，同时增加了整个系统的复杂度，增加了光热电站的运行和维护成本。
发明内容
[0006] 本发明提供一种再热储热体储热取热热量平衡方法及光热换能系统，以解决
现有技术中存在的储热和取热的热量
不平衡，无法正常循环使用，投入成本高，系统复杂不利于维护的技术问题。
[0007] 本发明提供一种再热储热体储热取热热量平衡方法，包括以下步骤：
[0008] 利用汽轮机高压缸排出的蒸汽吸收再热储热体中的高品位
热能，以形成过热蒸汽，再次输送至所述汽轮机，用于所述汽轮机发电；
[0009] 利用低温
热机吸收再热储热体中未被汽轮机利用的汽化潜热和过冷热量，用于所述低温热机发电。
[0010] 进一步的，通过低温热机发电产生
电能，再通过电热设备将该部分电能转化为高品位热能，并存储至所述再热储热体中。
[0011] 本发明还提供一种光热换能系统，包括再热储热体，所述再热储热体内设有第一换
热管路和第二换热管路，所述第一换热管路连接汽轮机，所述第二换热管路连接低温热机；
[0012] 所述第一换热管路的入口与所述汽轮机高压缸出口连接，所述第一换热管路的出口与所述汽轮机低压缸入口连接，所述再热储热体与所述汽轮机形成再热取热回路；
[0013] 所述第二换热管路的出口与所述低温热机入口连接，所述第二换热管路入口与所述低温
电机出口连接，所述再热储热体与所述低温热机形成低温取热回路。
[0014] 进一步的，所述低温热机连接的发电机连接有电热设备，所述电热设备用于加热所述再热储热体的储热介质。
[0015] 进一步的，所述电加热设备为电热丝。
[0016] 进一步的，所述低温热机为透平机。
[0017] 由上述技术方案可知，在再热储热体上增加一取热回路，即包括两条回路，一是再热取热回路，一是低温取热回路；再热取热回路中，汽轮机排出的蒸汽吸收再热储热体中的高品位热能；低温取热回路中，低温热机吸收未被汽轮机利用的汽化潜热和过冷热量；其达到的有益效果为：
[0018] 1、增加一取热回路，可对再热储热体充分取热，储热和取热的热量平衡，使得采用水工质作为换热工质和做功工质时，换热工质以蒸汽状态进入再热储热体，以液态水排出再热储热体，
传热工质可实现循环，进而使储热、取热循环能够正常运行；
[0019] 2、将低温取热回路中利用了汽化潜热和过冷热量作为电厂的发电输出，在装机容量、电厂设计发电时间不变的前提下，可降低镜场面积和储热系统体积，有效降低光热电厂的建设成本；
[0020] 3、在低温取热回路中产生的电能还可以作为日常电厂用电或其它设备用电，降低用电成本。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本发明实施例提供的再热储热体储热取热热量平衡方法的流程
框图；
[0023] 图2为本发明实施例提供的光热换能系统的结构示意图；
[0024] 图3为本发明实施例提供的光热换能系统再热储热体处的结构示意图。
[0025] 图中：
[0026] 1、集热系统；2、储热体；3、再热储热体；4、汽轮机；5、低温热机。
具体实施方式
[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0029] 如图1所示，一种再热储热体储热取热热量平衡方法，包括以下步骤：
[0030] 利用汽轮机4高压缸排出的蒸汽吸收再热储热体3中的高品位热能，以形成过热蒸汽，再次输送至汽轮机4，用于汽轮机4发电；
[0031] 利用低温热机5吸收再热储热体3中未被汽轮机4利用的汽化潜热和过冷热量，用于低温热机5发电。
[0032] 采用上述方法可实现再热储热体3储热取热热量平衡，即再热储热体3内存储的热能被全部取热再利用，当再次对再热储热体3进行储热时，传热工质(蒸汽)可以与储热介质充分的进行热交换，释放过热热量、汽化潜热和过冷热量并存储到储热介质中。
[0033] 蒸汽充分换热后转换为液态过冷水，液态过冷水可再次进入集热系统1采集热能，进而可重复的循环使用。
[0034] 其中，最优的状态是集热系统1采集的太阳光的热能全部用于汽轮机4发电，热能均转化为电能，此时产生的效益最大；因此，为了进一步的提高汽轮机4产生的效益，通过低温热机5发电产生电能，再通过电热设备将该部分电能转化为高品位热能，并存储至再热储热体3中。
[0035] 低温热机5消耗的热能最终以高品位热能储热到再热储热体3中，用于汽轮机4发电，进一步提高汽轮机4的发电量，以降低镜场的无效投资或低效投资。相应的，汽轮机4的发电量提高，可降低镜场面积和储热系统的体积，有效降低热电厂的建设成本。
[0036] 上述低温热机5发电产生电能，若不用于电加热成高品位热能，还可用于其他的用电设备中，如电厂日常用电消耗等，进而可降低用电成本。
[0037] 如图2和图3所示，一种光热换能系统，包括再热储热体3，再热储热体3内设有第一换热管路和第二换热管路，第一换热管路连接汽轮机4，第二换热管路连接低温热机5；
[0038] 第一换热管路的入口与汽轮机4高压缸出口连接，第一换热管路的出口与汽轮机4低压缸入口连接，再热储热体3与汽轮机4形成再热取热回路；
[0039] 第二换热管路的出口与低温热机5入口连接，第二换热管路入口与低温电机出口连接，再热储热体3与低温热机5形成低温取热回路。
[0040] 光热换能系统包括集热系统1和储热系统，其中，储热系统包括储热体2和再热储热体3，储热体2和再热储热体3在取热之前需要进行储热，集热系统1中的水采集太阳光热能升温成高温高压蒸汽，蒸汽分别进入储热体2和再热储热体3。
[0041] 在储热体2中，蒸汽与储热介质换热，热能存储到储热介质中，蒸汽转化为水排出储热体2；取热时，来自常规岛的高压水进入储热体2中，经过预热、蒸发、过热后，最终转变为过热蒸汽送入汽轮机4做功发电，在储热体2中，储热、取热平衡，该部分可进行正常的循环。
[0042] 在再热储热体3中，高温高压蒸汽与储热介质进行热交换进行储热，而取热时汽轮机4排出的饱和蒸汽仅吸收了储热介质中的过热热量，因此，直接导致储热时以蒸汽状态进入再热储热体3，又以蒸汽状态排出再热储热体3，蒸汽状态的传热工质无法实现循环发电，此为现有技术的问题所在。
[0043] 因此，在再热储热体3上增加一条低温取热回路，再热储热体3上的再热取热回路，取走再热储热体3中的高品位热量(过热热量)，而低温取热回路则取走再热储热体3中的汽化潜热和过冷热量。
[0044] 具体的，低温取热回路中依据有机
朗肯循环原理，使用的取热工质为水或有机介质，以水为例，水吸收再热储热体3中的热量转化为蒸汽，蒸汽进入低温热机5，优选的低温热机5为透平机，如，
压缩机、汽轮机、
涡轮机、烟气轮机、膨胀机等，低温热机5将热能转化为机械能，最终实现发电。之后，从透平机排出的蒸汽在凝汽器中向
冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到再热储热体3中，如此不断地循环。
[0045] 低温取热回路中利用热量进行发电，该部分产生的电能主要有两种用途，一种是产生热能，即低温热机5连接的发电机连接有电热设备，电热设备用于加热再热储热体3的储热介质，优选的，电加热设备为电热丝。电热丝产生高品位热能存储到储热介质中，进而使再热取热回路循环时能取走该部分热量，用于汽轮机4发电，最终转化为电厂发电；另一种是当做电厂用电或其他设备用电，例如，作为电厂日常的耗电使用。
[0046] 该光热换能系统，通过在再热储热体3上增加低温取热回路，使得再热储热体3的储热和取热平衡，进而使在储热时，换热工质以蒸汽状态进入再热储热体3，以液态水排出再热储热体3，传热工质可实现循环，进而使储热、取热循环能够正常运行。
[0047] 对于低温取热回路将该部分的热能进行发电，再进行电加热成高品位热能，即实现了汽化潜热和过冷热量转化为过热热量(高品位热能)，此种方式，进一步的提高了汽轮机4的发电产生的效益，镜场采集的热量更多的用于电厂发电输出，在装机容量、电厂设计发电时间不变的前提下，可降低镜场面积和储热系统体积，有效降低光热电厂的建设成本。
[0048] 其中，若低温取热回路中产生的电能不用于电加热产生高品位热能，可直接作为电厂用电或其他设备用电，从而降低用电成本。
[0049] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
