ОПТИМИЗИРОВАННАЯ КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ГИБРИДНОГО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ЭНЕРГИИ БИОМАССЫ Российский патент 2018 года по МПК F01K11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[1] Изобретение относится к оптимизированной комплексной системе для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[2] Социально-экономическое развитие основано на энергии. Вместе с тем, проводимая разработка месторождений с целью получения энергии ископаемых топлив приводит к дефициту энергии и растущей цене энергии. Кроме того, ввиду чрезмерного использования энергии ископаемых топлив, усугубляется проблема загрязнения окружающей среды, угрожающая условиям жизни человека. Чтобы уменьшить зависимость от энергии ископаемых топлив и уменьшить загрязнение окружающей среды, страны мира интенсивно развивают и используют возобновляемые источники экологически чистой энергии, особенно солнечной энергии и биоэнергии.

[3] Как солнечная энергия, так и биоэнергия широко распространены, неисчерпаемы, дешевы, чисты и экологически приемлемы. Таким образом, солнечная энергия и биоэнергия представляют собой многообещающую возобновляемую энергию, а их обоснованное использование и потребление имеют первостепенное стратегическое значение для гарантии мировой энергетической безопасности, реализации устойчивого развития и улучшения условий жизни человека.

[4] Генерирование электроэнергии на основе гелиотермической энергии является важной частью потребления солнечной энергии. Генерирование электроэнергии на основе гелиотермической энергии осуществляется по такому же принципу, как генерирование тепловой энергии, а разница между ними заключается в том, что генерирование электроэнергии на основе гелиотермической энергии предусматривает использование системы, собирающей излучаемую энергию солнечного света и достигающей генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии посредством преобразования света в тепло и преобразования тепла в электроэнергию.

[5] Система, собирающая излучаемую энергию солнечного света, является системой параболоцилиндрического типа, башенного типа, параболоидного типа или френелевского типа. Характерными чертами параболоцилиндрической системы являются простая конструкция и использование слежения по одной оси. Этот метод доведен до совершенства, а параболоцилиндрическая система является единственной нашедшей коммерческое применение системой для генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии.

[6] Вместе с тем, когда параболоцилиндрическую систему для генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии, в частности - солнечную энергетическую параболоцилиндрическую систему, применяют в реальной ситуации, эта система страдает несколькими техническими проблемами. Солнечная энергия обладает низкой плотностью энергии, поэтому система нуждается в большом световом поле, занимает много места и стоит много денег. Чередование дня и ночи приводит к флуктуирующей, прерывистой и нестабильной подаче света и тепла. Параболоцилиндрическая система предусматривает использование масляного теплоносителя, который может выдержать температуру не выше 400°C, поэтому самая высокая температура составляет 380°C, не соответствуя температуре 540°C острого пара современной паровой турбины. Все вышеизложенное приводит к низкому кпд и высокой стоимости генерирования электроэнергии с использованием исключительно солнечной энергии. Электростанцию эксплуатируют в дневное время и отключают ночью, что приводит к ограниченному количеству часов генерирования электроэнергии и низкому коэффициенту использования оборудования. Помимо этого частые пуск и останов оборудования негативно влияют на оборудование и сокращают срок его службы.

[7] Ввиду вышеупомянутой проблемы, распространенным решением в зарубежных странах является объединение системы генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии с тепловым аккумулятором или применение комплексной системы комбинированного цикла использования солнечной энергии (ISCC) для достижения непрерывной эксплуатации системы. Однако тепловой аккумулятор имеет сложную конструкцию, стоит дорого и фактически не может решить проблему аккумулирования тепла в течение длинных ночей и дождливых дней. ISCC является технически сложной и основана на ресурсах высококачественного природного газа и сети газоснабжения, а системы с турбинами и котлами-утилизаторами сложны и дороги.

[8] В Китае предложено аналогичное решение, объединяющее систему для генерирования электроэнергии, работающую на солнечной энергии, с обычной электростанцией, работающей на угле; например, заменяют одну ступень регулируемого отбора пара паровой турбины, а тепловую энергию, вырабатываемую системой, работающей на солнечной энергии, используют для нагрева питательной воды, которая попадает в регенеративную систему турбины. Это изменяет тепловую систему турбины и снижает тепловой кпд системы. Тепловая энергия, генерируемая системой, работающей на солнечной энергии, используется для нагрева питательной воды, которая имеет низкую температуру, и поэтому тепловая энергия не используется в полной мере. Доля генерирования электроэнергии в системе для генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии является низкой, составляя менее 10%.

[9] Если тепловая энергия, генерируемая системой, работающей на солнечной энергии, используется для обеспечения дополнительного пара, который попадает в промежуточный цилиндр или цилиндр низкого давления паровой турбины, существующая паровая турбина нуждается в модификации, что привносит технический риск и затраты на оборудование. Как только пар, вырабатываемый за счет тепловой энергии системы, работающей на солнечной энергии, начинает флуктуировать, нагрузка генерирования электроэнергии, нагрузка энергоснабжения электростанции и сеть энергоснабжения подвергаются негативному воздействию.

[10] Одним из решений является введение пара, вырабатываемого за счет тепловой энергии системы, работающей на солнечной энергии, в котел электростанции, работающей на угле, с целью перегрева, что представляется простым и резонным с точки зрения баланса энергии, однако это решение является трудно осуществимым в соответствии с конструкцией котла, конфигурацией поверхности нагрева и теорией теплопередачи.

[11] В заключение отметим, что традиционная параболоцилиндрическая система для генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии имеет такие недостатки, как низкие технические параметры, сложность системы, низкий кпд генерирования электроэнергии, нестабильность и высокая стоимость. Все эти проблемы невозможно эффективно решить путем простого объединения известных технических решений и поэтому техническое обновление не может идти по пути обычного комбинирования. С точки зрения комбинирования и дополнения различных энергетических ресурсов, было бы полезно разработать новую комплексную систему для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии.

Сущность изобретения

[12] Ввиду вышеописанных проблем, одна задача изобретения состоит в том, чтобы разработать оптимизированную комплексную систему для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии, содержащую современную систему для генерирования электроэнергии на основе тепловой энергии с высокими параметрами и работающую, повышая кпд генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии. Система объединяет котел, работающий на гелиотермической энергии, и котел, работающий на энергии биомассы, для генерирования электроэнергии, а конфигурации системы и устройства для генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии упрощены. Система, объединяющая средства концентрации световых лучей, средства собирания тепла, а также вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, которые параллельны и дополняют друг друга, работает, эффективно решая проблему прерывистого и нестабильного снабжения солнечной энергией. Эта система предусматривает использование дешевого энергетического угля и поэтому работа электростанции не основана на ресурсах высококачественного природного газа и сети газоснабжения. В дополнение к этому, сочетание солнечной энергии и биоэнергии облегчает расширение шкалы пропускной способности и увеличивает предоставляемые электростанцией экономические выгоды и выгоды охраны и защиты окружающей среды.

[13] Чтобы решить вышеупомянутую задачу, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, предложена оптимизированная комплексная система для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии, содержащая систему гелиотермического котла, систему котла на биомассе и турбогенераторную систему. Система гелиотермического котла содержит параболоцилиндрический солнечный коллектор, тепловой коллектор, циркуляционный маслонасос, сборник масляного теплоносителя, гелиотермический нагреватель, магистральную трубу насыщенного пара, вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте. Турбогенераторная система содержит турбину, генератор, конденсатор, конденсатный насос, нагреватель низкого давления, деаэратор, насос питательной воды и нагреватель высокого давления. Высокотемпературный масляный теплоноситель, обеспечиваемый солнечной световой панелью системы гелиотермического котла, передается через гелиотермический испаритель и гелиотермический нагреватель и переносит через них тепло, а потом возвращается в сборник масляного теплоносителя. Низкотемпературный масляный теплоноситель, находящийся в сборнике, переносится на солнечную световую панель посредством циркуляционного маслонасоса, чем и завершается циркуляция масла, обеспечивая при этом достижение теплопередачи и переноса тепла. Пар, генерируемый в гелиотермическом испарителе, проходит по магистральной трубе насыщенного пара и передается в систему котла на биомассе. Вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, параллелен гелиотермическому испарителю и гелиотермическому нагревателю и работает, генерируя вспомогательный пар. Этот вспомогательный пар проходит по магистральной трубе, смешивается с паром, генерируемым в гелиотермическом испарителе, и попадает в систему котла на биомассе. Смешанные вспомогательный пар и пар, генерируемый котлом на биомассе, перегреваются в системе котла на биомассе до 540±5°С. Перегретый пар передается в турбину, расширяется в турбине и приводит в действие генератор для генерирования электроэнергии. Сбросной пар турбины подводится к конденсатору и конденсируется, становясь конденсатом, который собирается в баке конденсата. Этот конденсат нагнетается конденсатным насосом и передается в нагреватель низкого давления, в котором конденсат нагревается, и передается в деаэратор для получения питательной воды. Питательная вода, выходящая из деаэратора, перекачивается посредством насоса питательной воды в нагреватель высокого давления, где нагревается. Температура нагрева в нагревателе высокого давления составляет 240±5°С. Затем питательная вода распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе для выработки пара, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла. Вторая часть питательной воды затем распределяется с получением части А и части B. Часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается во вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте. Второй распределитель потока работает, регулируя соотношение части А и части В в расходе питающей воды в соответствии с интенсивностью солнечной энергии. Вторая часть питательной воды, которая попадает в систему гелиотермического котла, используется для выработки насыщенного пара, чем и завершается циркуляция рабочего тела.

[14] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, как гелиотермический испаритель, так и вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, создают насыщенный пар сверхвысокого давления или высокого давления; давление при этом находится между 9,81 и 13,7 МПа, а температура составляет 240±5°С. Пиковый кпд генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии находится между 25 и 30%.

[15] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, температура масляного теплоносителя, выходящего с солнечной световой панели, ниже 380°С в случае старения или снижения качества масляного теплоносителя. Масляный теплоноситель, который возвращается в сборник, имеет температуру 280±5°С.

[16] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, давление насыщенного пара, генерируемого гелиотермическим испарителем, является таким же, как давление насыщенного пара, генерируемого вспомогательным котлом, работающим на угле, газе или мазуте.

[17] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, вспомогательный пар, генерируемый вспомогательным котлом, работающим на угле, газе или мазуте, дополняется паром, генерируемым гелиотермическим испарителем. Диапазон регулируемых нагрузок вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, находится между 30 и 100%, а суммарное количество смешанного насыщенного пара постоянно.

[18] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, система котла на биомассе работает, генерируя пар и перегревая другой, насыщенный пар. Котел на биомассе занимает лишь 70% первоначального объема топки. Котел на биомассе работает, достигая сгорания 70% топлива, получаемого из биомассы, нагрева и испарения 50% питательной воды и перегрева 100% пара.

[19] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, питательная вода, выходящая из нагревателя высокого давления, распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе, составляя 55% питательной воды, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла, составляя 45% питательной воды. Соотношение расходов первой части и второй части является фиксированным. Вторая часть питательной воды затем распределяется вторым распределителем потока на часть A и часть B. Часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается в вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте. Второй распределитель потока работает, регулируя соотношение расходов части А и части В питательной воды в соответствии с температурой масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник.

[20] В классе, соответствующем этому варианту осуществления, на солнечной световой панели находится защитное устройство обнаружения температуры масла. Когда температура масла возврата превышает 300°С или когда масляный теплоноситель, покидающий солнечную световую панель, имеет температуру свыше 380°С, защитное устройство обнаружения температуры масла приводится в действие, снимая часть облучения; когда температура масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник, уменьшается до 200°С, срабатывает нагреватель сборника, что вызывает постоянный нагрев масляного теплоносителя, позволяя избежать сгущения масляного теплоносителя и защищая устройства на солнечной световой панели от повреждения морозом.

[21] Преимущества комплексной системы для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии в соответствии с вариантами осуществления изобретения вкратце излагаются ниже.

[22] 1. Новый режим комплексной системы для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии объединяет генерирование электроэнергии на основе энергии биомассы с высокими параметрами, что позволяет достичь эффективного генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии.

[23] 2. С целью генерирования электроэнергии в системе объединены гелиотермический котел и котел на биомассе. Никакое теплоаккумулирующее устройство не используется, поэтому конфигурации системы для генерирования электроэнергии и устройств упрощаются и происходит экономия затрат.

[24] 3. Вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, параллелен гелиотермическому котлу, который использует флуктуирующую и прерывистую солнечную энергию, и дополняет его; причем участок с этими котлами скомпонован надлежащим образом, вследствие чего выход насыщенного пара стабилен, а проблема прерывистой и нестабильной солнечной энергии решена.

[25] 4. По сравнению с системой, предусматривающей использование солнечной энергии в регенеративной системе турбины, предлагаемая система вовлечена в процесс нагрева и испарения рабочего тела, реализуя таким образом каскадное использование солнечной энергии, а коэффициент теплоиспользования при этом оказывается высоким.

[26] 5. Максимальный размер вклада вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, составляет 30%. В системе используется дешевый энергетический уголь в качестве вспомогательного источника тепла, поэтому работа электростанции не основана на ресурсах высококачественного природного газа сети газоснабжения, и удовлетворяются требования энергетической политики, заключающиеся в том, что доля смешанной теплоты, обуславливаемая угольным отоплением, в биоэнергии не превышает 20%.

[27] 6. Сочетание солнечной энергии и биоэнергии облегчает расширение шкалы пропускной способности и увеличивает предоставляемые электростанцией экономические выгоды и выгоды охраны и защиты окружающей среды.

[28] 7. Вспомогательный пар является насыщенным паром, который можно адаптировать к резкому изменению солнечной энергии. Диапазон регулируемых нагрузок вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, находится между 30 и 100%. Пар, генерируемый гелиотермическим испарителем, является насыщенным паром, который согласован со вспомогательным паром, что облегчает управление находящейся на верхнем пределе температурой масляного теплоносителя и продлевает срок службы масляного теплоносителя.

[29] 8. Смешанный насыщенный пар подается в систему котла на биомассе перегретым до 540°С, что приводит к удовлетворению требований к паровой турбине с высокими параметрами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[30] Ниже приводится описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, среди которых единственным чертежом является блок-схема и схематическое изображение основных устройств комплексной системы для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии согласно возможному варианту осуществления изобретения.

[31] На чертежах употребляются следующие позиции: 1. Параболоцилиндрический солнечный коллектор; 2. Тепловой коллектор; 3. Циркуляционный маслонасос; 4. Сборник масляного теплоносителя; 5. Гелиотермический нагреватель; 6. Гелиотермический испаритель; 7. Магистральная труба насыщенного пара; 8. Вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте; 9. Система котла на биомассе; 10. Турбина; 11. Генератор; 12. Конденсатор; 13. Конденсатный насос; 14. Нагреватель низкого давления; 15. Деаэратор; 16. Насос питательной воды; 17. Нагреватель высокого давления; 18. Первый распределитель потока; 19. Второй распределитель потока; 20. Нагрузка энергоснабжения; 21. Первый расходомер: потребление пара f1; 22. Второй расходомер: суммарное количество питательной воды f2; 23. Третий расходомер: расход питательной воды f3; 24. Четвертый расходомер: расход питательной воды f4; 25. Пятый расходомер: расход питательной воды f5; 26. Шестой расходомер: расход питательной воды f6; и 27. Термометр: температура масла возврата t.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[32] Для дальнейшей иллюстрации изобретения ниже описываются эксперименты, детализирующие оптимизированную комплексную систему для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии. Следует отметить, что приводимые ниже примеры предназначены для описания, а не для ограничения изобретения.

[33] Как показано на фиг.1, оптимизированная комплексная система для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии содержит систему гелиотермического котла, систему котла на биомассе и турбогенераторную систему. В частности, система гелиотермического котла содержит параболоцилиндрический солнечный коллектор 1, тепловой коллектор 2, циркуляционный маслонасос 3, сборник 4 масляного теплоносителя, гелиотермический нагреватель 5, гелиотермический испаритель 6, магистральную трубу 7 насыщенного пара, вспомогательный котел 8, работающий на угле, газе или мазуте, а также другие части.

[34] Процесс концентрации световых лучей и собирания тепла: параболоцилиндрический солнечный коллектор 1 объединен с тепловым коллектором 2, образуя блок, а множество блоков, соединенных параллельно или последовательно, используются для образования солнечной световой панели, которая работает, собирая солнечную энергию, концентрируя свет и осуществляя преобразование света в тепло.

[35] Процесс теплопередачи и переноса тепла: масляный теплоноситель в качестве среды, собирающей тепло, передается из сборника 4 на световую панель при температуре 280°С посредством циркуляционного маслонасоса 3. Масляный теплоноситель поглощает тепло и нагревается на световой панели примерно до 380°С, после чего масляный теплоноситель выходит из световой панели и попадает сначала в гелиотермический испаритель 6, в котором масляный теплоноситель передает тепло насыщенной воде. Затем масляный теплоноситель испускается с выхода гелиотермического испарителя 6 и подается в гелиотермический нагреватель 5, в котором масляный теплоноситель переносит масло к питательной воде, а температура масла уменьшается до 280°С. Масляный теплоноситель возвращается в сборник 4, и циркуляция масляного теплоносителя завершается. Питательная вода распределяется посредством второго распределителя 19 потока, и часть питательной воды попадает в гелиотермический нагреватель 5 и поглощает тепло масляного теплоносителя, вследствие чего нагревается, становясь насыщенной водой. Насыщенная вода подводится в гелиотермический испаритель 6 и поглощает тепло масляного теплоносителя, вследствие чего испаряется, и образуется пар. Этот пар как часть насыщенного пара подводится в магистральную трубу 7 и смешивается со вспомогательным насыщенным паром.

[36] Процесс выработки вспомогательного пара: другая часть питательной воды, распределяемая вторым распределителем 19 потока, течет во вспомогательный котел 8, работающий на угле, газе или мазуте, в котором питательная вода нагревается и испаряется, становясь вспомогательным насыщенным паром. Вспомогательный насыщенный пар подается в магистральную трубу 7 и смешивается с паром, генерируемым гелиотермическим испарителем, а смешанный пар передается в систему 9 котла на биомассе, становясь перегретым.

[37] Система котла 9 на биомассе содержит камеру сгорания, экономайзер, испаритель, пароперегреватель. Котел на биомассе работает, производя определенное количество пара и перегревая смешанный насыщенный пар из гелиотермического котла примерно до 540°С, чтобы удовлетворялись требования к паровой турбине с высокими параметрами.

[38] Турбогенераторная система содержит турбину 10, генератор 11, конденсатор 12, конденсатный насос 13, нагреватель низкого давления 14, деаэратор 15, насос 16 питательной воды и нагреватель 17 высокого давления. Подготовленный перегретый пар, выходящий из системы 9 котла на биомассе, подводится к турбине 10 и работает, расширяясь в турбине 10 и приводя в действие генератор 11 для генерирования электроэнергии. Сбросной пар подводится к конденсатору 12, в котором сбросной пар высвобождает тепло и конденсируется, становясь конденсатом, который собирается в баке конденсата. Этот конденсат нагнетается конденсатным насосом 13 и передается в нагреватель 14 низкого давления, в котором конденсат нагревается, и передается в деаэратор 15 для получения питательной воды. Деаэратор 15 удаляет растворенный кислород и другой газ, присутствующий в питательной воде, посредством экстракции и нагрева с помощью цилиндра низкого давления. Питательная вода, выходящая из деаэратора 15, перекачивается в нагреватель 17 высокого давления, где нагревается до температуры в диапазоне между 215 и 240°С посредством насоса 16 питательной воды. Затем питательная вода распределяется первым распределителем 18 потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему 9 котла на биомассе для выработки пара, а вторая часть питательной воды передается в экономайзер системы гелиотермического котла, чем и завершается циркуляция рабочего тела. Соотношение первой части и второй части в расходе постоянно. Вторая часть питательной воды затем распределяется с получением части А и части B. Часть A передается в гелиотермический нагреватель 5, а часть В передается во вспомогательный котел 8, работающий на угле, газе или мазуте. Соотношение части А и части В в расходе питательной воды регулируется в соответствии с интенсивностью солнечной энергии и выходом пара из гелиотермического испарителя.

[39] Доля генерирования электроэнергии, обеспечиваемая гелиотермическим котлом, составляет 30%, а доля генерирования электроэнергии, обеспечиваемая системой котла на биомассе, составляет 70%. В частности, доля генерирования электроэнергии эквивалентна доле отводимого тепла.

[40] Система гелиотермического котла содержит солнечную световую панель, теплообменник и вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте. Солнечная световая панель соединена с теплообменником. Как теплообменник, так и вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, соединены с магистральной трубой насыщенного пара. Солнечная световая панель содержит определенное количество параболоцилиндрических солнечных коллекторов 1 и тепловых коллекторов 2. Параболоцилиндрические солнечные коллекторы и тепловое коллекторы соединены параллельно или последовательно. Параболоцилиндрический коллектор 1 работает, проецируя энергию собираемого солнечного излучения на тепловой коллектор 2, а тепловой коллектор 2 работает, преобразуя энергию солнечного излучения в тепловую энергию и нагревая масляный теплоноситель примерно до 380°С. Масляный теплоноситель передает тепло питательной воде в теплообменнике, и получается пар. Этот пар как часть насыщенного пара подводится в магистральную трубу 7.

[41] Теплообменник содержит гелиотермический нагреватель 5 и гелиотермический испаритель 6. Гелиотермический испаритель 6 соединен с выходом солнечной световой панели. Через гелиотермический испаритель 6 и гелиотермический нагреватель 5 проходит трубопровод масляного теплоносителя. Выход низкотемпературного масляного теплоносителя гелиотермического нагревателя 5 соединен со сборником 4. Низкотемпературный масляный теплоноситель перекачивается посредством циркуляционного маслонасоса 3 из сборника 4 к солнечной световой панели, поглощая тепло, чем и завершается циркуляция масляного теплоносителя. Питательная вода как рабочее тело поглощает тепло, переносимое масляным теплоносителем в гелиотермическом нагревателе 5, и нагревается, становясь насыщенной водой. Насыщенная вода подводится к гелиотермическому испарителю 6, в котором насыщенная вода поглощает тепло и испаряется, становясь насыщенным паром. Выход насыщенного пара соединен с магистральной трубой 7.

[42] Поскольку солнечное излучение изменяется со временем на протяжении дня и ночи, пар, генерируемый с помощью солнечной энергии, тоже изменяется. Ввиду этого в изобретении и предусмотрен вспомогательный котел 8, работающий на угле, газе или мазуте. Этот вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, генерирует вспомогательный пар, который имеет такое же давление, как пар, генерируемый гелиотермическим испарителем. Вспомогательный пар смешивается с паром, генерируемым гелиотермическим испарителем, в магистральной трубе 7, а смешанный пар передается в систему 9 котла на биомассе, становясь перегретым. Когда солнечный свет слабнет, а количество пара, генерируемого гелиотермическим испарителем, уменьшается, сгорание во вспомогательном котле 8, работающем на угле, газе или мазуте, интенсифицируется, и поэтому количество вспомогательного пара увеличивается, и наоборот. Суммарное количество насыщенного пара постоянно.

[43] Вспомогательный котел 8, работающий на угле, газе или мазуте, представляет собой котел без перегревателя, а давление пара в нем соответствует давлению пара, генерируемого гелиотермическим испарителем, и давлению системы котла на биомассе. Максимальный размер вклада вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, составляет 30%.

[44] Конкретная конструкция и распределение тепла котла на биомассе отличаются от имеющих место в традиционном котле. Котел на биомассе занимает лишь 70% первоначального объема топки. Котел на биомассе работает, достигая сгорания 70% топлива, получаемого из биомассы, нагрева и испарения 50% питательной воды и перегрева 100% пара.

[45] Процесс распределения потоков питательной воды: принимают решение о нагрузке 20 энергоснабжения, обуславливающей потребление f1 пара системой, и определяют суммарное количество f2 питательной воды. Первым распределитель 18 потока работает, обнаруживая и вычисляя расходы f2, f3 и f4 питательной воды, а открывание клапана первого распределителя 18 потока регулируют таким образом, что соотношение расходов f3:f4 питательной воды поддерживается на уровне 55:45. Затем вторую часть питательной воды распределяют на часть A и часть B посредством второго распределителя 19 потока. Часть A передают в гелиотермический нагреватель, а часть B подают во вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, 8. A соотношение части А и части В в расходах питательной воды регулируют в соответствии с интенсивностью солнечной энергии. В частности, открывание клапанов регулируют в соответствии с температурой t масла возврата в сборнике 4; когда t растет, увеличивают расход f6 питательной воды и уменьшают расход f5 питательной воды; когда t понижается, уменьшают расход f6 питательной воды и увеличивают расход f5 питательной воды.

[46] Солнечная световая панель содержит защитное устройство обнаружения температуры масла. В полдень солнечное излучение является интенсивным и расход f6 питательной воды максимизируется (f5=0); когда температура t масла возврата превышает 300°С или когда температура масляного теплоносителя, покидающего солнечную световую панель, превышает 380 °С, включают защитное устройство обнаружения температуры масла, регулируя угол падения солнечного света и снимая часть облучения, вследствие чего температура t масла возврата становится нормальной; в дождливые дни и зимние ночи наблюдается дефицит солнечного излучения, и расход f6 питательной воды уменьшается до 0; когда температура t масла возврата уменьшается до 200°С, включают нагреватель сборника для постоянного нагрева масляного теплоносителя, позволяя избежать сгущения масляного теплоносителя и защищая устройства на солнечной световой панели от повреждения морозом.

[47] Пар, генерируемый гелиотермическим котлом, не подвергается прямому перегреву в котле на биомассе, потому что пар, генерируемый гелиотермическим котлом, подвергается воздействию солнечного излучения, которое флуктуирует, является нестабильным и даже прекращающимся по ночам или в дождливые дни. Котел, работающий на угле, с высокими параметрами имеет нормальный диапазон изменяющихся нагрузок между 70 и 100%, вследствие чего котел на биомассе нельзя адаптировать к изменениям рабочих условий; кроме того, перегрев нестабильного наружного пара технически отличается от изменения нагрузки котла, потому что изменяется скорость распределения тепла исходного котла, а конфигурация поверхности нагрева регулируется. Поэтому котел больше не восстанавливает начальное рабочее состояние, когда пар не генерируется гелиотермическим испарителем в результате дефицита солнечного излучения, поскольку регулируется поверхность нагрева. Таким образом, пар, генерируемый гелиотермическим котлом, не подводится непосредственно к котлу на биомассе. Ввиду этого и предусмотрен в изобретении вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, изобретение. Используется котел без перегревателя, потому что этот котел можно адаптировать к большому изменению солнечной энергии. Регулируемый диапазон котла находится между 30 и 100%, когда нагрузка (пар) гарантируется, а температура пара - нет. Вспомогательный котел можно использовать в качестве замены, когда имеет место дефицит солнечной энергии, а основная нагрузка системы котла на биомассе не изменяется. Сложная комбинация средств, присутствующая в известных технических решениях, в изобретении не требуется.

[48] Термин «высокие параметры системы для генерирования электроэнергии» употребляется в том контексте, что давление острого пара является сверхвысоким давлением 13,7 МПа или высоким давлением 9,81 МПа. Температура острого пара составляет 540°С, тем самым гарантируя относительно высокий кпд генерирования электроэнергии.

[49] Чтобы решить поставленную задачу, в изобретении предложена система для генерирования электроэнергии с высокой температурой и сверхвысоким давлением (13,7 МПа; 540°С) или с высокой температурой и высоким давлением (9,81 МПа; 540°С) зиждется на платформе генерирования электроэнергии с использованием основе энергии биомассы. Эта система объединяет гелиотермический котел и котел на биомассе для генерирования электроэнергии. В контексте характеристик температуры системы параболоцилиндрического концентратора и проблемы, заключающейся в том, что пар, вырабатываемый системой, работающей на солнечной энергии, нельзя подвести непосредственно в котел на биомассе, флуктуирующая и прерывающаяся солнечная энергия дополняется в изобретении энергией вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, для выработки стабильного насыщенного пара. Насыщенный пар подается в систему котла на биомассе и нагревается до 540°С, чтобы удовлетворить требованиям к паровой турбине с высокими параметрами. Технология объединения, предусматриваемая в изобретении, позволяет эффективно решить проблему низкой температуры и прерывистой и нестабильной подачи солнечной энергии, характерную для системы параболоцилиндрического концентратора. Предлагаемая в изобретении система предусматривает использование современной системы для генерирования электроэнергии на основе тепловой энергии с высокими параметрами и работу с целью повышения кпд генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии. Конфигурации системы и устройств для генерирования электроэнергии на основе гелиотермической энергии упрощаются. Система предусматривает использование дешевого энергетического угля и поэтому работа электростанции не основана на ресурсах высококачественного природного газа и сети газоснабжения. В дополнение к этому, сочетание солнечной энергии и биоэнергии облегчает расширение шкалы пропускной способности и увеличивает предоставляемые электростанцией экономические выгоды и выгоды охраны и защиты окружающей среды.

Изобретение относится к энергетике. Оптимизированная комплексная система для гибридного генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биомассы содержит масляный теплоноситель, выходящий из солнечной электростанции системы гелиотермического котла. Теплоноситель последовательно протекает через гелиотермический испаритель и гелиотермический нагреватель, а затем обратно в сборник масляного теплоносителя, после чего передается в циркуляционный маслонасос на солнечную электростанцию для завершения циркуляции масляного теплоносителя. Пар, полученный с помощью гелиотермической энергии посредством гелиотермического испарителя, подается в систему котла на биомассе через парораспределительный коллектор. Вспомогательный пар, вырабатываемый вспомогательным котлом, работающим на угле, газе или мазуте также смешивается с паром, полученным с помощью гелиотермической энергии, и подается в систему котла на биомассе через парораспределительный коллектор. Пар, полученный с помощью гелиотермической энергии, и пар, полученный посредством самого котла на биомассе, подаются в турбогенератор для вовлечения электрического генератора в генерирование электроэнергии. Изобретение позволяет упростить конфигурацию системы и оборудования, обеспечить стабильное генерирование электроэнергии, высокий тепловой кпд и продленный срок службы. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплексная система для генерирования электроэнергии с использованием солнечной энергии и биоэнергии, содержащая:

систему гелиотермического котла, причем система гелиотермического котла содержит параболоцилиндрический солнечный коллектор, тепловой коллектор, циркуляционный маслонасос, сборник масляного теплоносителя, гелиотермический нагреватель, гелиотермический испаритель, магистральную трубу насыщенного пара, вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте;

систему котла на биомассе; и

турбогенераторную систему, причем турбогенераторная система содержит турбину, генератор, конденсатор, конденсатный насос, нагреватель низкого давления, деаэратор, насос питательной воды и нагреватель высокого давления;

при этом

высокотемпературный масляный теплоноситель, обеспечиваемый солнечной световой панелью системы гелиотермического котла, передается через гелиотермический испаритель и гелиотермический нагреватель и передает через них тепло, а потом возвращается в сборник масляного теплоносителя; масляный теплоноситель, находящийся в сборнике, перекачивается в солнечную световую панель посредством циркуляционного маслонасоса, чем и завершается циркуляция масла, обеспечивая при этом достижение теплопередачи и переноса тепла; пар, генерируемый в гелиотермическом испарителе, проходит по магистральной трубе насыщенного пара и передается в систему котла на биомассе; вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, параллелен гелиотермическому испарителю и гелиотермическому нагревателю и работает, генерируя вспомогательный пар; причем этот вспомогательный пар проходит по магистральной трубе, смешивается с паром, генерируемым в гелиотермическом испарителе, и попадает в систему котла на биомассе; смешанные вспомогательный пар и пар, генерируемый котлом на биомассе, перегреваются в системе котла на биомассе до 540±5°С; перегретый пар передается в турбину, расширяется в турбине и приводит в действие генератор для генерирования электроэнергии.

2. Система для генерирования электроэнергии по п.1, в которой сбросной пар турбины подводится к конденсатору и конденсируется, становясь конденсатом, который собирается в баке конденсата; этот конденсат нагнетается конденсатным насосом и передается в нагреватель низкого давления, в котором конденсат нагревается, и передается в деаэратор для получения питательной воды; питательная вода, выходящая из деаэратора, перекачивается посредством насоса питательной воды в нагреватель высокого давления, где нагревается; температура нагрева в нагревателе высокого давления составляет 240±5°С; питательная вода распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе для выработки пара, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла; вторая часть питательной воды распределяется с получением части А и части B; часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается во вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте; второй распределитель потока работает, регулируя соотношение части А и части В в расходе питающей воды в соответствии с интенсивностью солнечной энергии; вторая часть питательной воды, которая попадает систему гелиотермического котла, используется для выработки насыщенного пара, чем и завершается циркуляция рабочего тела.

3. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой гелиотермический испаритель и вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте, создают насыщенный пар сверхвысокого давления или высокого давления; давление при этом находится между 9,81 и 13,7 МПа, а температура составляет 240±5°С; пиковый кпд генерирования электроэнергии на основе солнечной энергии находится между 25 и 30 %.

4. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой температура масляного теплоносителя, выходящего из солнечной световой панели, ниже 380°С в случае старения или снижения качества масляного теплоносителя; масляный теплоноситель, который возвращается в сборник, имеет температуру 280±5°С.

5. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой давление насыщенного пара, генерируемого гелиотермическим испарителем, является таким же, как давление насыщенного пара, генерируемого вспомогательным котлом, работающим на угле, газе или мазуте.

6. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой вспомогательный пар, генерируемый вспомогательным котлом, работающим на угле, газе или мазуте, дополняется паром, генерируемым гелиотермическим испарителем; диапазон регулируемых нагрузок вспомогательного котла, работающего на угле, газе или мазуте, находится между 30 и 100%, а суммарное количество смешанного насыщенного пара постоянно.

7. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой система котла на биомассе работает, генерируя пар и перегревая другой, насыщенный пар; котел на биомассе занимает лишь 70% первоначального объема топки; котел на биомассе работает, достигая сгорания 70% топлива, получаемого из биомассы, нагрева и испарения 50% питательной воды и перегрева 100% пара.

8. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой питательная вода, выходящая из нагревателя высокого давления, распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе, составляя 55% питательной воды, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла, составляя 45% питательной воды; соотношение расходов первой части и второй части является фиксированным; вторая часть питательной воды затем распределяется вторым распределителем потока на часть A и часть B; часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается в вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте; второй распределитель потока работает, регулируя соотношение расходов части А и части В питательной воды в соответствии с температурой масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник.

9. Система для генерирования электроэнергии по п.3, в которой питательная вода, выходящая из нагревателя высокого давления, распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе, составляя 55% питательной воды, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла, составляя 45% питательной воды; соотношение расходов первой части и второй части является фиксированным; вторая часть питательной воды затем распределяется вторым распределителем потока на часть A и часть B; часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается в вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте; второй распределитель потока работает, регулируя соотношение расходов части А и части В питательной воды в соответствии с температурой масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник.

10. Система для генерирования электроэнергии по п.5, в которой питательная вода, выходящая из нагревателя высокого давления, распределяется первым распределителем потока на две части: первая часть питательной воды передается в систему котла на биомассе, составляя 55% питательной воды, а вторая часть питательной воды передается в систему гелиотермического котла, составляя 45% питательной воды; соотношение расходов первой части и второй части является фиксированным; вторая часть питательной воды затем распределяется вторым распределителем потока на часть A и часть B; часть A передается в гелиотермический нагреватель, а часть В передается в вспомогательный котел, работающий на угле, газе или мазуте; второй распределитель потока работает, регулируя соотношение расходов части А и части В питательной воды в соответствии с температурой масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник.

11. Система для генерирования электроэнергии по п.1 или 2, в которой на солнечной световой панели находится защитное устройство обнаружения температуры масла; когда температура масла возврата превышает 300°С или когда масляный теплоноситель, покидающий солнечную световую панель, имеет температуру свыше 380°С, защитное устройство обнаружения температуры масла приводится в действие, снимая часть облучения; когда температура масляного теплоносителя, возвращающегося в сборник, уменьшается до 200°С, срабатывает нагреватель сборника, что вызывает постоянный нагрев масляного теплоносителя.