槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统及其实现方法

摘要

本发明公开了一种槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统，解决了现有技术中聚光器测试系统的设备庞大、测试效率低、测试不便等问题。该槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统，其特征在于：包括存储有导热油的膨胀罐（1），与膨胀罐（1）连通用于将导热油传输至聚光器的导热油泵（2），与聚光器和膨胀罐（1）均连通的冷油器系统（3），检测系统，以及用于控制导热油泵（2）、冷油器系统（3）和检测系统的控制系统（6）。在上述基础上，本发明还公开了该槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统的实现方法。本发明填补了现有技术中槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统的空白，不仅具备新颖性，而且具有非常高的实用性和创造性。

说明书

技术领域

本发明属于槽式太阳能热发电技术领域，具体的说，是涉及一种槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统及其实现方法。

背景技术

随着我国工业化进程的不断加快，能源消耗和电力需求也呈现出快速增长的趋势。我国以煤炭为主的电力结构不仅急剧地消耗着煤炭等不可再生资源，而且严重污染环境，不利于环保，致使我国面临着能源资源和环境两方面的严峻挑战。大力开发利用太阳能、风能和生物质能等可再生的绿色、清洁能源，可以有效地较低资源和能源的消耗，维护环境。

目前，国内外在高温太阳能热发电已经有多年的大规模商业化应用经验，其中以槽式太阳能聚光热发电系统最为成熟。槽式太阳能聚光热发电技术主要是利用槽式抛物面镜（聚光器）将太阳光聚焦在一条线上，通过在这条焦线上安装的管状热量吸收器（集热管）吸收聚焦后的太阳辐射能，同时，集热器管内充装用于吸收太阳辐射能的流体工质（导热油），然后通过管线将被加热的工质送到蒸汽发生器（太阳能锅炉），产生过热蒸汽送入汽轮发电机系统发电，从而完成太阳能到电能的转换。

检测聚光器的集热效率是槽式太阳能热发电中的一个重要技术指标。现有技术中，聚光器集热效率的常规检查是做整个光场聚光器的检测，该种检查方式所需导热油量很大，检查系统的设备庞大，设备的技术要求非常高，且检测不便、检测效率低。

因此，如何研发一种设备小型化，检测可靠、简捷的测试设备用于槽式太阳能聚光热发电站聚光器集热效率的检测，就成为了本领域技术人员的重点研究内容。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种设备小型化，检测可靠、简捷、快速的槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统，包括存储有导热油的膨胀罐，与膨胀罐连通用于将导热油传输至聚光器的导热油泵，与聚光器和膨胀罐均连通的冷油器系统，检测系统，以及用于控制导热油泵、冷油器系统和检测系统的控制系统。

为了防止导热油因接触空气而氧化，本发明还包括与膨胀罐连通用于向膨胀罐内充入氮气的氮封系统。该氮封系统由氮气瓶组组成，氮封系统向膨胀罐内充入氮气，保持膨胀罐内压力恒定。

为了保证膨胀罐内压力始终保持在安全值以下，本发明还包括与膨胀罐连通的排放罐，且在膨胀罐内设有用于控制膨胀罐与排放罐连通状态的超压保护安全阀。膨胀罐内压力超过设定值（安全值）时，膨胀罐内的导热油排入排放罐内，从而降低膨胀罐内压力，直至膨胀罐内压力降至安全值以内。

进一步的，本发明还包括用于实时监测太阳辐射值的在线太阳能辐射监测系统。

具体的说，所述检测系统包括导热油温度、流量及压力检测仪器；所述控制系统为DCS控制系统。

再进一步的，所述冷油器系统包括变频控制电制冷机冷油器及其旁路管道，且二者均与聚光器和膨胀罐连通。

为了高效快捷就地检测安装好的槽式太阳能聚光热发电站聚光器，所述槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统集成于移动平台上。

为了保证导热油泵的持续稳定运行，所述膨胀罐位于导热油泵的上方。在一种实施方案中，膨胀罐设置在系统最高点，对处于下游的导热油泵入口造成一个正压头，使泵吸入口充满流体，保证导热油泵的持续稳定运行。

在上述结构的基础上，本发明还提供了该槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）在线太阳能辐射监测系统实时检测太阳辐射值；导热油泵将膨胀罐内的导热油输送至聚光器，检测系统检测聚光器入口的导热油温度、流量及压力；

（2）聚光器内的导热油加热升温后，经冷油器系统回流至膨胀罐内，检测系统检测聚光器出口的导热油温度、流量及压力；

（3）控制系统根据实时测得的太阳能辐射值，设置不同的导热油泵和冷油器系统的工作频率并重复步骤（1）至（2），得到若干组聚光器入口的导热油温度、流量及压力及聚光器出口的导热油温度、流量及压力；

（4）控制系统根据所有测得的太阳辐射值、与之对应的聚光器入口的导热油温度、流量及压力以及聚光器出口的导热油温度、流量及压力导入计算机，计算不同太阳能辐射下聚光器的集热效率，得出聚光器集热效率与太阳能辐射值的效率曲线。

其中，所述步骤（2）中加热升温后的导热油经冷油器系统回流至膨胀罐的具体方法是：当聚光器出口的导热油温度小于预设温度时，导热油经冷油器旁路回流至膨胀罐；当聚光器出口的导热油温度大于预设温度时，冷油器旁路关闭，导热油流入变频控制电制冷机冷油器，变频控制电制冷机冷油器启动，将导热油冷却降温至预设温度后回流至膨胀罐。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明中所有设备均集成于移动平台上，从而可以高效快捷就地检测安装好的槽式太阳能聚光热发电站聚光器，有效地克服了现有技术中聚光器检测系统的设备庞大、检测效率低、检测不便的缺陷。

（2）本发明中膨胀罐、导热油泵、冷油器系统与聚光器单元组成一个循环回路，通过循环加热导热油，以测试在不同的太阳能辐射下，导热油在聚光器进、出口的温度、流量及压力参数，从而得到聚光器与太阳能辐射（温度）相关的效率曲线，且测试装置的运行由控制系统控制，不仅测试效率高，而且测试更加全面、精确。

（3）本发明中在线太阳能辐射监测系统可实时监测太阳辐射值，控制系统根据监测值调整测试参数，进一步地提高了测试的实时性和精确度。

（4）本发明中氮封系统可防止导热油因接触空气而氧化，而排放罐则用于保证膨胀罐内压力始终处于安全值以下，上述两个部件确保了槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统的正常、安全运行。

（5）本发明相较于现有技术而言，不仅具备新颖性和创造性，而且制造方便、成本低廉，为其大范围的推广应用，奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的工作原理图。

其中，附图中标记对应的零部件名称为：

1-膨胀罐，2-导热油泵，3-冷油器系统，4-氮封系统，5-排放罐，6-控制系统，7-移动平台，8-聚光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

目前，在槽式太阳能热发电技术领域中，国内外对于槽式太阳能聚光器集热效率的测试水平较低，其常规的测试系统存在诸多缺陷：设备庞大、测试不便、测试效率和精度低。为了克服现有技术的缺陷，本实施例提供了一种小型、高精度、高效率的槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统，如图1所示，该测试装置基于槽式太阳能聚光热发电站光场特性设计，检测150米聚光器单元在不同太阳能辐射、入口温度及出口温度下的集热效率，从而得出不同太阳能辐射值对应的聚光器集热效率，得出聚光器集热效率与太阳能辐射值的效率曲线。

为了使得本领域技术人员对本发明中的结构有更清晰的认识和了解，下面结合附图对其进行详细说明：

槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统主要包括膨胀罐1、导热油泵2、冷油器系统3、检测系统、控制系统6以及在线太阳能辐射监测系统六部分。其中，膨胀罐、导热油泵、冷油器系统与聚光器8单元组成一个循环回路，通过循环加热导热油，以测试在不同的太阳能辐射下，导热油在聚光器进、出口的温度、流量及压力参数；在线太阳能辐射监测系统用于实时监测太阳能辐射值，其属于现有成熟技术，因此，本实施例中不作赘述。

膨胀罐，其内部存储有导热油，此外，其主要功能是用于吸收导热油因温度变化而产生的体积膨胀量。进一步的，为了防止导热油因接触空气而氧化，膨胀罐还与氮封系统4连通。该氮封系统由氮气瓶组组成，氮封系统向膨胀罐内充入氮气，避免膨胀罐内的导热油接触空气而被氧化；另一方面，输入至膨胀罐内的氮气可施加一定压力，用作低沸物及水蒸汽的排空，并保持膨胀罐内导热油的液相稳压运行。当膨胀罐内吸收的导热油膨胀量过大，致使膨胀罐内压力超过预定的安全值时，膨胀罐需要卸压，以确保设备的安全运行，因此，本实施例在膨胀罐内专设有超压保护安全阀，与此同时，膨胀罐外部设有与其连通的排放罐5，膨胀罐内压力超过预定的安全值时，膨胀罐内的导热油通过超压保护安全阀排入排放罐内，从而降低膨胀罐内压力，直至膨胀罐内压力降至安全值以内。

导热油泵作为本发明内建立传热介质（导热油）工作压力的起始点，给本发明循环提供必要的压力并控制导热油的流量。本实施例中，导热油泵系统主要包括水平离心泵及其旁路管道，其可以为测试提供所需的不同压力和流量。测试时，根据测试聚光器出口的导热油温，调节离心泵旁路流量，使聚光器出口油温达到一定温度；优选的，离心泵为变频控制电动泵，以提高适宜的导热油压力和流量。进一步的，膨胀罐位于导热油泵的上方，作为一种优选方式，膨胀罐位于槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统的最高点，其对处于下游的导热油泵入口造成一个正压头，使导热油泵吸入口充满导热油流体，保证导热油泵的持续稳定运行。

冷油器系统包括变频控制电制冷机冷油器及其旁路管道，且二者均与聚光器和膨胀罐连通，冷油器系统的作用在与控制聚光器入口的导热油温度为所需值。冷油器的工作原理如图2所示：导热油经过聚光器集热系统加热后，当聚光器出口的导热油温度小于预设温度时，导热油经冷油器旁路回到膨胀罐中，即图2中冷油器系统与膨胀罐两条连线中下端的连线；当聚光器出口的导热油温度大于预设温度时，冷油器启动运行，将导热油冷却降温至预设温度，然后导热油回到膨胀罐中，即图2中冷油器系统与膨胀罐两条连线中上端的连线。上述冷油器采用变频控制，根据热负荷自动调节。

本实施例中检测系统包括导热油温度、流量及压力检测仪器，上述仪器的结构以及实现其检测目的设置方式均为现有技术，一般地检测仪器设置在与之对应的管路或者设备上，本实施例中不在赘述。进一步的，为了快速准确地检测导热油流量，本实施例中流量检测仪器选用非接触式超声波流量计。

控制系统主要用于控制导热油泵、冷油器系统和检测系统的运行，作为一种优选方式，本实施例中控制系统为DCS控制系统。测试时，DCS控制系统自动调节并记录测试数据，即导热油泵、冷油器系统的工作频率变化，检测系统的检测行为均由DCS控制系统控制，且DCS控制系统控制为现有成熟技术，因此，本实施例不再对其控制原理进行详细说明。

为了更好的实现本实施例，槽式太阳能热发电集热器热效率检测系统集成于移动平台7上。移动平台的结构及其实现方式较多，且均可取材于现有技术，因此，本实施例对移动平台的具体结构不作详细说明；值得注意的是，附图中所涉及移动平台的形状不应当限制本发明的保护范围。通过移动平台可以高效快捷就地检测安装好的槽式太阳能聚光热发电站聚光器。

本发明的实现方法，包括以下步骤：

（1）在线太阳能辐射监测系统实时检测太阳辐射值；导热油泵将膨胀罐内的导热油输送至聚光器，检测系统检测聚光器入口的导热油温度、流量及压力；

（2）聚光器内的导热油加热升温后，经冷油器系统回流至膨胀罐内，检测系统检测聚光器出口的导热油温度、流量及压力；

（3）控制系统根据实时测得的太阳能辐射值，设置不同的导热油泵和冷油器系统的工作频率并重复步骤（1）至（2），得到若干组聚光器入口的导热油温度、流量及压力及聚光器出口的导热油温度、流量及压力；

（4）控制系统根据所有测得的太阳辐射值、与之对应的聚光器入口的导热油温度、流量及压力以及聚光器出口的导热油温度、流量及压力，计算不同太阳能辐射下聚光器的集热效率，得出聚光器集热效率与太阳能辐射值的效率曲线。

具体的说，其中步骤（2）导热油经冷油器系统回流至膨胀罐的具体方法是：当聚光器出口的导热油温度小于预设温度时，导热油经冷油器旁路回流至膨胀罐；当聚光器出口的导热油温度大于预设温度时，冷油器旁路关闭，导热油流入变频控制电制冷机冷油器，变频控制电制冷机冷油器启动，将导热油冷却降温至预设温度后回流至膨胀罐。

本发明适用于槽式太阳能聚光热发电站聚光器集热效率检测，以150米光场作为测试单元，使聚光器检测系统的设备小型化，并使得对聚光器集热效率的测试更为便捷。本发明对于聚光器的设计、改进和提高其集热效率有重要促进作用；同时，能为槽式太阳能聚光热发电站的高效安全运行提供分析、改进依据。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。