一种新型生物质能与CSP结合的新能源发电系统、运行方法

一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系统、运行方法
技术领域
1.本发明涉及一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系统、运行方法，属于新能源发 电技术应用领域。


背景技术：

2.在全球可持续发展的大环境下，聚光太阳能热发电装置(csp)可以在没有任何污染物 排放的情况下发电，这是最具吸引力的化石燃料替代品之一。然而，由于太阳能的输出功率 不稳定性，转换效率相对较低，以及光的间歇性的问题，导致发电的成本较高，单一太阳能 供能不能稳定满足用电需求，市场上现有的生物质燃烧发电厂因为会产生灰尘以及大量碳， 所以严格意义来说对环境并不是很友好，因此开发一套新型发电系统满足用电需求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系统、运行方法，旨在解决单 一太阳能发电无法满足用电需求的问题，以生物质-太阳能光热-生物质的串联式主能量采集 方式，辅助以锅炉壁和太阳能水热能量采集，将其分为两个换热器产生水蒸气，进而推动两 个汽轮机-发电机组模块转动进行发电，并进一步根据热熔岩加热保温方式可以实现过剩电能 的消纳，待时机可以以热能的形式还与系统，分担电力系统负担，起到了削峰填谷作用。
4.本发明的技术方案是：一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系统，包括生物燃烧 室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅰ2、生物燃烧室模块ⅱ3、槽式光热集热器模块ⅱ4、导热 油与水换热器模块5、汽轮机-发动机组模块6、热融盐式消纳能源储存器模块7、导热油循环 通道11、水-汽循环通道12；其中，生物燃烧室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅰ2、生物燃 烧室模块ⅱ3、导热油与水换热器模块5通过导热油循环通道11形成导热油热量循环回路,生 物燃烧室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅱ4、热融盐式消纳能源储存器模块7、导热油与水 换热器模块5通过水-汽循环通道12形成水循环回路；导热油与水换热器模块5将两种循环 的热量转化为水蒸汽动能，推动两汽轮机-发动机组模块6产生热量进行发电。
5.所述生物燃烧室模块ⅰ1包括炉体ⅰ、ⅰ室液体燃料储存器101、ⅰ室液体燃料喷嘴102、
ꢀⅰ
室鼓风装置103、ⅰ室鼓风通风口104、燃烧机构ⅰ105、密封导热油储存室106、ⅰ室活 性炭排烟孔107、燃烧壁内水预热室108、ⅰ室导热油加热器109、排灰通道ⅰ110；其中， 炉体ⅰ底部开有排灰通道ⅰ110，排灰通道ⅰ110上部为燃烧机构ⅰ105，ⅰ室液体燃料储存 器101与ⅰ室液体燃料喷嘴102连通，用于将液体燃料喷出，ⅰ室鼓风装置103通过ⅰ室鼓 风通风口104将空气送入燃烧机构ⅰ105，一个ⅰ室导热油加热器109对外部通过导热油循环 通道11连通槽式光热集热器模块ⅰ2，另一个ⅰ室导热油加热器109对外部通过导热油循环 通道11连通导热油与水换热器模块5，两个ⅰ室导热油加热器109对内连通密封导热油储存 室106，燃烧壁内水预热室108外部相接水-汽循环通道12，ⅰ室活性炭排烟孔107用于净化 排除废气。
6.所述生物燃烧室模块ⅱ3包括炉体ⅱ，炉体ⅱ的底部设有排灰通道ⅱ33，排灰通道ⅱ33 上部为燃烧机构ⅱ32，通过隔板将炉体ⅱ分成两个对称设计的腔室，两个腔室共用一个燃烧 机构ⅱ32，两个腔室的布置相同，以第一腔室为例，包括：ⅱ室液体燃料储存器301、ⅱ室 液体燃料喷嘴302、ⅱ室鼓风装置303、ⅱ室鼓风通风口304、ⅱ室活性炭排烟孔305、ⅱ室 导热油加热器306；其中，ⅱ室液体燃料储存器301和ⅱ室液体燃料喷嘴302相连，将助燃 燃料喷出；ⅱ室鼓风装置303通过ⅱ室鼓风通风口304将空气送入燃烧机构ⅱ32；ⅱ室导热 油加热器306将槽式光热集热器模块ⅰ2经导热油循环通道11送入的导热油送出至一个导热 油与水换热器模块5。
7.所述导热油与水换热器模块5由数层单层热油与水换热装置叠加组成，通过导热油流入 通道5001将导热油送入，经过换热后将导热油经导热油流出通道5002送出，水-汽流入通道 5003将水送入通过换热后的水蒸汽通过水-汽流出通道5004送出至汽轮机-发动机组模块6。
8.所述单层热油与水换热装置包括单层水-汽流入孔501、单层油流出孔502、单层水换热 通道503、单层导热油换热通道504、单层油流入孔505、单层水-汽流出孔506；导热油通过 单层油流入孔505进入单层导热油换热通道504，水通过单层水-汽流入孔501进入单层水换 热通道503，相互隔离的单层导热油换热通道504和单层水换热通道503之间的载体相互换 热，将导热油的热量传递给水使其汽化，通过单层水-汽流出孔506汇总至水-汽流出通道5004 送出至汽轮机-发动机组模块6；换热后的导热油通过单层油流出孔502汇总至导热油流出通 道5002进入至下一次循环。
9.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系 统的运行方法，包括：
10.有光照的白天模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1保持给定控制初始功率，槽式光热集 热器模块ⅱ2产生的动态热量，生物燃烧室模块ⅱ3产生动态功率来保证输送负荷电能的正常 供给，即供-需平衡；
11.夜间或阴雨天模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1给定控制初始功率，槽式光热集热器 模块ⅱ2属于停机状态，生物燃烧室模块ⅱ3产生动态功率来保证输送负荷电能的正常供给， 即供-需平衡；
12.消纳模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1给定最小控制初始功率，槽式光热集热器模块
ꢀⅱ
2属于停机状态，生物燃烧室模块ⅱ3属于停机或最小功率模式。
13.本发明的有益效果是：本发明采用了生物质-太阳能光热-生物质的串联式主能量采集方 式，使其可靠性进一步增加，利用锅炉壁预热和太阳能加热水进行换热前加热，体现出节能 减排的效益；该设计在白天可以实现太阳能光热效应的最大化，充分利用绿色资源，并且夜 间或者阴雨天依靠生物质发电，保证不停机，增加了可靠性，采用热熔岩加热保温方式可以 实现过剩电能的消纳，分担电力系统负担。起到了削峰填谷作用，对比其他新能源电厂，该 设计不会吸收无功，而会发出无功，有利于保证电力系统的电压稳定。
附图说明
14.图1是本发明的总体结构图；
15.图2是本发明的生物燃烧室模块ⅰ结构图；
16.图3是本发明的生物燃烧室模块ⅱ结构图；
17.图4是本发明的单层热油与水换热装置结构正视图；
18.图5是本发明的单层热油与水换热装置结构剖视图；
19.图6是本发明的单层热油与水换热装置结构侧视图；
20.图7是本发明的整体热油与水换热器图；
21.图中各标号为：1-生物燃烧室模块ⅰ、2-槽式光热集热器模块ⅰ、3-生物燃烧室模块ⅱ、 4-槽式光热集热器模块ⅱ、5-导热油与水换热器、6-汽轮机-发动机组模块、7-热融盐式消纳 能源储存器模块、11-导热油循环通道、12-水-汽循环通道、101
‑ⅰ
室液体燃料储存器、102
‑ꢀⅰ
室液体燃料喷嘴、103
‑ⅰ
室鼓风装置、104
‑ⅰ
室鼓风通风口、105-燃烧机构ⅰ、106-密封导 热油储存室、107
‑ⅰ
室活性炭排烟孔、108-燃烧壁内水预热室、109
‑ⅰ
室导热油加热器、110
‑ꢀ
排灰通道ⅰ、30-第一腔室、301
‑ⅱ
室液体燃料储存器、302
‑ⅱ
室液体燃料喷嘴、303
‑ⅱ
室鼓 风装置、304
‑ⅱ
室鼓风通风口、305
‑ⅱ
室活性炭排烟孔、306
‑ⅱ
室导热油加热器、31-第二腔 室、311
‑ⅲ
室液体燃料储存器、312
‑ⅲ
室液体燃料喷嘴、313
‑ⅲ
室鼓风装置、314
‑ⅲ
室鼓风通 风口、315
‑ⅲ
室活性炭排烟孔、316
‑ⅲ
室导热油加热器、32-燃烧机构ⅱ、33-排灰通道ⅱ、501
‑ꢀ
单层水-汽流入孔、502-单层油流出孔、503-单层水换热通道、504-单层导热油换热通道、505
‑ꢀ
单层油流入孔、506-单层水-汽流出孔、5001-导热油流入通道、5002-导热油流出通道、5003
‑ꢀ
水-汽流入通道、5004-水-汽流出通道。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
23.实施例1：如图1-7所示，一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系统，包括生物 燃烧室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅰ2、生物燃烧室模块ⅱ3、槽式光热集热器模块ⅱ4、 导热油与水换热器模块5、汽轮机-发动机组模块6、热融盐式消纳能源储存器模块7、导热油 循环通道11、水-汽循环通道12；其中，生物燃烧室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅰ2、生 物燃烧室模块ⅱ3、导热油与水换热器模块5通过导热油循环通道11形成导热油热量循环回 路,生物燃烧室模块ⅰ1、槽式光热集热器模块ⅱ4、热融盐式消纳能源储存器模块7、导热油 与水换热器模块5通过水-汽循环通道12形成水循环回路；导热油与水换热器模块5将两种 循环的热量转化为水蒸汽动能，推动两汽轮机-发动机组模块6产生热量进行发电。
24.具体而言，生物燃烧室模块ⅰ1用于储存导热油，进行油加热，进行水预热，燃烧生物 质，对导热油进行加热供电，通过导热油循环管道将导热油送入槽式光热集热器模块ⅰ2在 白天对导热油进行二次加热，生物燃烧室模块ⅱ3进行导热油三次加热或夜间模式的二次加 热，槽式光热集热器模块ⅱ4和生物燃烧室模块ⅰ预热的水通过水-汽循环通道12相连，将预 热后的水送入槽式光热集热器ⅱ进行太阳能加热，再通过水-汽循环通道送入导热油与水换热 器5，导热油与水换热器模块5实现油的热量传递给水使得水汽化，汽轮机-发动机组模块将 利用水蒸气推动汽轮机转动进而带动发电机转动，热融盐式消纳能源储存器模块将外来无法 消纳的电能以热能的形式储存，后以内能的形式还与发电系统，系统将冷却后的导热油和水 通过导热油循环通道和水-汽循环通道进入下一步热能循环；所述槽式光热集热器模块ⅰ2和 与生物燃烧室模块ⅰ1相连接，在有光照的时间利用槽式光热集
热器进行充分加热，将进一 步加热的导热油通过导热油循环通道送出。所述热融盐式消纳能源储存器模块7，通过a、b、 c三个接线端子将待消纳的电能通过电热做工的形式转化为热能，使热熔盐融化，由于该装 置保温性较强，可以储存很多热量，维持热熔盐的热量，待负荷处于高峰时，将热量送入水 循环，对水进行加热，后送入导热油与水换热器。所述水-汽循环通道12主要是实现水汽热 量载体的通道，通过泵式动力使其传递热量，兼有冷凝功能，实现水的再次利用。
25.可选地，所述生物燃烧室模块ⅰ1包括炉体ⅰ、ⅰ室液体燃料储存器101、ⅰ室液体燃料 喷嘴102、ⅰ室鼓风装置103、ⅰ室鼓风通风口104、燃烧机构ⅰ105、密封导热油储存室106、
ꢀⅰ
室活性炭排烟孔107、燃烧壁内水预热室108、ⅰ室导热油加热器109、排灰通道ⅰ110； 其中，炉体ⅰ底部开有排灰通道ⅰ110，排灰通道ⅰ110上部为燃烧机构ⅰ105，ⅰ室液体燃 料储存器101与ⅰ室液体燃料喷嘴102连通，用于将液体燃料喷出，ⅰ室鼓风装置103通过
ꢀⅰ
室鼓风通风口104将空气送入燃烧机构ⅰ105，一个ⅰ室导热油加热器109对外部通过导热 油循环通道11连通槽式光热集热器模块ⅰ2，另一个ⅰ室导热油加热器109对外部通过导热 油循环通道11连通导热油与水换热器模块5，两个ⅰ室导热油加热器109对内连通密封导热 油储存室106，燃烧壁内水预热室108外部相接水-汽循环通道12，ⅰ室活性炭排烟孔107用 于净化排除废气。
26.具体而言，所述燃烧机构ⅰ105将会用于生物质的燃烧(如秸秆、木头等)，ⅰ室液体燃料 储存器101将储存好的液体燃料通过ⅰ室液体燃料喷嘴102喷出至燃烧机构105，另加ⅰ室 鼓风装置103通过ⅰ室鼓风通风口104将空气送入燃烧机构进行助燃，使生物质燃烧更加充 分，充分散热用于ⅰ室导热油加热器109的吸收，且两个ⅰ室导热油加热器109对内通过密 封导热油储存室106连通(密封导热油储存室设计在炉膛中间，与外界密闭隔离，可以起到保 温储存导热油的作用)，将初次加热后的导热油经导热油循环通道11送出进行下一步加热； 可以利用炉体ⅰ温度对燃烧壁内水预热室108中的水进行预热，废气通过ⅰ室活性炭排烟孔 排出至大气中，燃料废渣通过ⅰ室排灰通道110送出(ⅰ室排灰通道110带有数层倒v型活性 碳装置可以起到净化废气的作用)。
27.可选地，所述生物燃烧室模块ⅱ3包括炉体ⅱ，炉体ⅱ的底部设有排灰通道ⅱ33，排灰 通道ⅱ33上部为燃烧机构ⅱ32，通过隔板将炉体ⅱ分成两个对称设计的腔室，两个腔室共用 一个燃烧机构ⅱ32，两个腔室的布置相同，以第一腔室30为例，包括：ⅱ室液体燃料储存器 301、ⅱ室液体燃料喷嘴302、ⅱ室鼓风装置303、ⅱ室鼓风通风口304、ⅱ室活性炭排烟孔 305、ⅱ室导热油加热器306；其中，ⅱ室液体燃料储存器301和ⅱ室液体燃料喷嘴302相连， 将助燃燃料喷出；ⅱ室鼓风装置303通过ⅱ室鼓风通风口304将空气送入燃烧机构ⅱ32；
ⅱꢀ
室导热油加热器306将槽式光热集热器模块ⅰ2经导热油循环通道11送入的导热油送出至一 个导热油与水换热器模块5。
28.具体而言，两个腔室的布置相同，以第一腔室为例，包括：ⅱ室液体燃料储存器301、
ꢀⅱ
室液体燃料喷嘴302、ⅱ室鼓风装置303、ⅱ室鼓风通风口304、ⅱ室活性炭排烟孔305、
ꢀⅱ
室导热油加热器306；ⅱ室燃烧机构32将会用于生物质的燃烧，ⅱ室液体燃料储存器301 将储存好的液体燃料通过ⅱ室液体燃料喷嘴302喷出至燃烧机构ⅱ，另加ⅱ室鼓风装置303 通过ⅱ室鼓风通风口304将空气送入燃烧机构ⅱ32进行助燃，使生物质燃烧更加充分，充分 散热用于ⅱ室导热油加热器306的吸收，ⅱ室导热油加热器306将导热油经导热油循环通道 送出至一个导热油与水换热器模块5，废气通过ⅱ室活性炭排烟孔排出至大气
ⅰ
室鼓风通风口104将空气送入，ⅰ室液体燃料储存器101通过ⅰ室液体燃料喷嘴102喷出 助燃剂，对ⅰ室导热油加热器进行加热，两个对称的ⅰ室导热油加热器通过内部连接密封导 热油储存室106联系在一起，密封导热油储存室设计在炉膛中间，与外界密闭隔离，可以起 到保温储存导热油的作用，生物燃烧室模块ⅰ由导热油循环通道送入冷却后的导热油，经过 加热后将初次加热在送入导热油循环通道进入下一级加热，水-汽循环通道12将冷却后的水 送入燃烧壁内水预热室108利用锅炉壁的预热进行预加热，再将其送入水-汽循环通道。废气 通过带有倒v型活性碳装置的ⅰ室活性炭排烟孔107净化后排出，减少对环境的破坏。生物 燃烧室模块ⅱ基本同理。
34.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种新型生物质能与csp结合的新能源发电系 统的运行方法，包括：
35.有光照的白天模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1保持给定控制初始功率，槽式光热集 热器模块ⅱ2产生的动态热量，生物燃烧室模块ⅱ3产生动态功率来保证输送负荷电能的正常 供给，即供-需平衡；
36.夜间或阴雨天模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1给定控制初始功率，槽式光热集热器 模块ⅱ2属于停机状态，生物燃烧室模块ⅱ3产生动态功率来保证输送负荷电能的正常供给， 即供-需平衡；
37.消纳模式：用于控制生物燃烧室模块ⅰ1给定最小控制初始功率，槽式光热集热器模块
ꢀⅱ
2属于停机状态，生物燃烧室模块ⅱ3属于停机或最小功率模式。
38.关于工作模式的控制原理如下：
39.给定系统的生物燃烧室模块ⅰ产生热量为q
s1
，热量转化率为η
s1
，生物燃烧室模块ⅰ壁 余热利用量为q
h1
；
40.产生导热油循环热量功率为：p
s1
＝η
s1qs1
；
41.槽式光热集热器ⅰ模块产生油循环热量为q
c1
；
42.生物燃烧ⅱ、ⅲ室模块产生热量为q
s2
，热量转化率为η
s2
；
43.产生导热油循环热量功率为：p
s2
＝η
s2qs2
；
44.槽式光热集热器ⅱ模块产生水-汽循环热量为q
h2
；
45.油循环热量损失为：q
l1
；
46.水-汽循环热量损失为：q
l2
；
47.消纳容器释放热量：qc；
48.导热油与水换热器模块能量利用效率为η
e1
；
49.汽轮机-发电机模块转化效率为η
e2
；
50.产生电能的公式为：
51.p＝η
e1
η
e2
(p
s1
q
c1
p
s2
q
h1
q
h2
q
c-q
l1-q
l2
)
52.即
53.p＝η
e1
η
e2
(η
s1qs1
q
c1
η
s2qs2
q
h1
q
h2
q
c-q
l1-q
l2
)
54.有光照的白天模式：
55.生物燃烧室模块ⅰ给定定功率设置，即给定控制初始功率，槽式光热集热器模块ⅱ产生 的热量是动态人为不可预测的，但负荷是一天中波动的，所以要求生物燃烧室模块ⅱ产生动 态功率来保证输送负荷电能的正常供给，即供-需平衡。
56.产生功率为：
57.p＝η
e1
η
e2
(η
s1qs1
q
c1
η
s2qs2
q
h1
q
h2
q
c-q
l1-q
l2
)
58.夜间或阴雨天模式：
59.夜间模式生物燃烧室模块ⅰ给定定功率设置，即给定控制初始功率，槽式光热集热器模 块ⅱ属于停机状态，负荷处于低端但是波动的，所以要求生物燃烧室模块ⅱ产生动态功率来 保证输送负荷电能的正常供给，即供-需平衡。
60.产生功率为：
61.p＝η
e1
η
e2
(η
s1qs1
η
s2qs2
q
h1
q
c-q
l1-q
l2
)
62.消纳模式：
63.一般指在夜间或无光照的时刻，生物燃烧室模块ⅰ给定最小定功率设置，即给定控制初 始功率，槽式光热集热器模块ⅱ属于停机状态，生物燃烧室模块ⅱ属于停机或最小功率模式。
64.产生功率为：
65.p＝η
e1
η
e2
(p
s1min
p
s2min
q
h1-q
l1-q
l2
)
66.或
67.p＝η
e1
η
e2
(p
s1min
q
h1-q
l1-q
l2
)
68.上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方 式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出 各种变化。