一種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱發(fā)電的主要手段包括碟式、塔式、槽式以及線性菲涅耳。不同方式的區(qū)別主要在于太陽能集熱形式不同，發(fā)電的基本物理過程基本相同，都是基于光能-電能過程。太陽能熱電技術(shù)的原理就是采用太陽能聚光系統(tǒng)將直射輻射反射匯聚到中央吸熱器表面，并將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，然后將熱能進行儲存并經(jīng)過斯特林發(fā)電機發(fā)電。
[0003]由于太陽能具有間歇性、低熱流等特點，太陽能市場化和規(guī)?；么嬖谝恍┘夹g(shù)瓶頸。同時，太陽能熱電站推廣利用中還存在一個關(guān)鍵問題就是成本過高，占地面積過大，太陽能熱發(fā)電的成本大概是數(shù)倍于化石能源火力發(fā)電成本。因此，太陽能熱發(fā)電的市場化一方面需要科技人員采用技術(shù)手段降低發(fā)電成本，另一方面也需要政府制定合理的可再生能源發(fā)電價格及其他政策規(guī)范。
[0004]太陽能憑借科學合理的儲熱系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)發(fā)電過程。目前常用的儲能系統(tǒng)包括顯熱儲能、潛熱儲能、化學儲能。其中，顯熱儲能已經(jīng)在多個商業(yè)太陽能熱電站得到成功應(yīng)用，比如德國、西班牙、中國以及美國等國家先后建成了太陽能利用系統(tǒng)。潛熱儲能和化學儲能還停留在實驗階段或者中試初期。在現(xiàn)有的顯熱儲能技術(shù)中，普遍采用的是雙罐系統(tǒng)，也就是一個熱罐和一個冷罐，儲罐內(nèi)的儲熱介質(zhì)主要包括:水、熔鹽、混凝土、金屬鋁合金等，傳熱介質(zhì)主要包括:水、導熱油、熔鹽等。雙儲罐系統(tǒng)的優(yōu)點在于設(shè)計簡單，流程清晰；而缺點在于系統(tǒng)占地面積大，初投資過高，栗耗較大等。因此，研究一種新型單罐太陽能儲罐系統(tǒng)及合理的調(diào)控機制具有重要的現(xiàn)實意義和科學意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)，這種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)解決現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)高效利用過程中占地面積過大、初投資過高、穩(wěn)定性差的問題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:這種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)包括太陽能集熱器、一個熔鹽儲罐、汽輪機系統(tǒng)，太陽能集熱器和汽輪機系統(tǒng)分別設(shè)置在熔鹽儲罐的兩側(cè)，太陽能集熱器和熔鹽儲罐之間設(shè)置能源輸入管路，熔鹽儲罐和汽輪機系統(tǒng)之間設(shè)置能源輸出管路，能源輸入管路由太陽能集熱器、加載蒸汽栗、第一入口調(diào)節(jié)閥、熔鹽儲罐、第一出口調(diào)節(jié)閥依次通過管線連接而成；能源輸出管路由汽輪機系統(tǒng)、放載蒸汽栗、第二入口調(diào)節(jié)閥、熔鹽儲罐、第二出口調(diào)節(jié)閥依次通過管線連接而成；熔鹽儲罐的罐壁設(shè)置有外保溫層，熔鹽儲罐內(nèi)的儲能介質(zhì)采用石墨熔鹽介質(zhì)，石墨熔鹽介質(zhì)由硝酸鈉、硝酸鉀、石墨構(gòu)成，按照質(zhì)量百分比計，硝酸鈉為35-50% ;硝酸鉀為45-55% ;石墨為4-10% ;能源輸入管路與能源輸出管路相互獨立，用水基納米流體作傳熱介質(zhì)。
[0007]上述方案中石墨熔鹽介質(zhì)中，按照質(zhì)量百分比計，硝酸鈉為43%、硝酸鉀為50%、石墨為7%。
[0008]上述方案中太陽能集熱器、汽輪機系統(tǒng)之間還設(shè)置有旁路，旁路由旁通栗、旁通閥設(shè)置在太陽能集熱器、汽輪機系統(tǒng)之間，采用旁路直接將部分流體從太陽能集熱器加熱后引入汽輪機系統(tǒng)進行發(fā)電。
[0009]上述方案中新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)的工作方法通過加載與放載單獨完成，具體如下:
當系統(tǒng)進行加載時，此時第二入口調(diào)節(jié)閥、第二出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，放載蒸汽栗關(guān)閉，而第一入口調(diào)節(jié)閥、第一出口調(diào)節(jié)閥打開，加載蒸汽栗打開，傳熱介質(zhì)從太陽能集熱器進行吸熱，轉(zhuǎn)換成高溫高壓水蒸氣，然后流經(jīng)單罐恪鹽儲能器，石墨恪鹽儲能介質(zhì)溫度升高，石墨熔鹽由過冷固態(tài)變?yōu)檫^熱液態(tài)，加載過程完成；當系統(tǒng)進行放載時，也就是多云天氣或者晚上，此時第二入口調(diào)節(jié)閥、第二出口調(diào)節(jié)閥打開，放載蒸汽栗打開，而第一入口調(diào)節(jié)閥、第一出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，加載蒸汽栗關(guān)閉，傳熱介質(zhì)從汽輪機系統(tǒng)中流出，經(jīng)過單罐熔鹽儲能器提高溫度，進行吸熱并轉(zhuǎn)換成高溫高壓水蒸氣，然后流回汽輪機系統(tǒng)中完成相關(guān)的發(fā)電、冷凝，此時單罐熔鹽儲能器內(nèi)的熔鹽溫度下降，回復到初始點，放載過程完成。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明實現(xiàn)了太陽能儲能系統(tǒng)從雙罐到單罐的技術(shù)轉(zhuǎn)變，減少了熔鹽栗的使用，可以節(jié)約系統(tǒng)的初投資和占地面積。本發(fā)明只有單個太陽能熔鹽儲罐，改變了傳統(tǒng)的雙罐儲能系統(tǒng)設(shè)計及理念。將作為儲能介質(zhì)的熔鹽儲罐固定，改變傳熱介質(zhì)的流動及控制，儲罐循環(huán)設(shè)計中共有兩條管路，分別位于儲罐的左右側(cè)，一側(cè)實現(xiàn)能源的輸入，一側(cè)實現(xiàn)能源的輸出。本發(fā)明通過合理的調(diào)控機制可以成功實現(xiàn)單罐系統(tǒng)中冷熱熔鹽儲能介質(zhì)的時空共存與分離。在加載和放載過程中，熔鹽介質(zhì)的位置不變，改變的是不同的傳熱方向和過程，將加熱和放熱過程分開，實現(xiàn)太陽能的儲能和釋放過程終極統(tǒng)一。本發(fā)明的單儲罐系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)的占地面積4%，減少系統(tǒng)的初投資3%。
[0011]2、本發(fā)明采用水基納米流體作為傳熱介質(zhì)以及采用石墨恪鹽作為儲能介質(zhì)，提高了系統(tǒng)的傳熱效率7%。
[0012]3、本發(fā)明提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性及可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1太陽能集熱器，2熔鹽儲罐，3汽輪機系統(tǒng)，4加載蒸汽栗，5第一入口調(diào)節(jié)閥，6第一出口調(diào)節(jié)閥，7放載蒸汽栗，8第二入口調(diào)節(jié)閥，9第二出口調(diào)節(jié)閥，10旁通栗，11
旁通閥。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發(fā)明作進一步的說明:
如圖1所示，這種新型單罐太陽能熔鹽儲能系統(tǒng)包括太陽能集熱器1、一個熔鹽儲罐2、汽輪機系統(tǒng)3，太陽能集熱器I和汽輪機系統(tǒng)3分別設(shè)置在熔鹽儲罐2的兩側(cè)，太陽能集熱器I和熔鹽儲罐2之間設(shè)置能源輸入管路，熔鹽儲罐2和汽輪機系統(tǒng)I之間設(shè)置能源輸出管路，能源輸入管路由太陽能集熱器1、加載蒸汽栗4、第一入口調(diào)節(jié)閥5、熔鹽儲罐2、第一出口調(diào)節(jié)閥6依次通過管線連接而成；能源輸出管路由汽輪機系統(tǒng)3、放載蒸汽栗7、第二入口調(diào)節(jié)閥8、熔鹽儲罐2、第二出口調(diào)節(jié)閥9依次通過管線連接而成；熔鹽儲罐2的罐壁設(shè)置有外保溫層，熔鹽儲罐2內(nèi)的儲能介質(zhì)采用石墨熔鹽介質(zhì)，石墨熔鹽介質(zhì)由硝酸鈉、硝酸鉀、石墨構(gòu)成，按照質(zhì)量百分比計，硝酸鈉為43%、硝酸鉀為50%、石墨為7% ;能源輸入管路與能源輸出管路相互獨立，用水基納米流體作為傳熱介質(zhì)。納米流體是指把金屬或非金屬納米粉體分散到水、醇、油等傳統(tǒng)換熱介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定、高導熱的換熱介質(zhì)。而本發(fā)明中的水基納水流體，是將納米粉體分散到水中而形成。該材料制成的水基納水流體具有傳熱性能高的優(yōu)點。
[0016]本發(fā)明中太陽能集熱器1、汽輪機系統(tǒng)3之間還設(shè)置有旁路，旁路由旁通栗10、旁通閥11設(shè)置在太陽能集熱器1、汽輪機系統(tǒng)3之間，采用旁路直接將部分流體從太陽能集熱器I加熱后