基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法：發(fā)電系統(tǒng)包含碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)、布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)；控制方法為通過(guò)溫度傳感器、壓力傳感器、光敏傳感器檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)控制器控制跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、電磁三通閥、電磁控制閥和電磁調(diào)節(jié)閥。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，利用可再生清潔能源，自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)電能的持續(xù)穩(wěn)定輸出，既可應(yīng)用在分布式能源系統(tǒng)中，也可應(yīng)用在獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中。
【專利說(shuō)明】
基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種光氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，具體是基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)不斷消耗的化石能源和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，可再生清潔能源的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注和蓬勃的發(fā)展。中國(guó)屬于太陽(yáng)能資源大國(guó)，太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)目前已經(jīng)成為科學(xué)研究以及產(chǎn)業(yè)化的前沿工作。
[0003]由于太陽(yáng)能資源的分散性、隨機(jī)性和間歇性，單獨(dú)利用太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)存在連續(xù)穩(wěn)定供電問(wèn)題。
[0004]碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，光電轉(zhuǎn)化效率高，但是較高的系統(tǒng)成本和不成熟的熱儲(chǔ)蓄/混合動(dòng)力技術(shù)制約了碟式斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
[0005]布雷頓熱機(jī)具有較低的系統(tǒng)成本、較低的運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用和成熟的混合動(dòng)力技術(shù)。
[0006]沼氣發(fā)電不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，沼氣又能在自然界不斷生成，屬于可再生清潔能源。
[0007]現(xiàn)有的太陽(yáng)能-沼氣發(fā)電系統(tǒng)，由于晝夜更替，以及陰天等天氣原因，太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)受天氣的影響，發(fā)電工作過(guò)程容易出現(xiàn)波動(dòng)，并且沼氣產(chǎn)生系統(tǒng)也會(huì)受環(huán)境溫度的影響，影響沼氣的產(chǎn)量。
[0008]因此，開(kāi)發(fā)基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)稀奇控制方法能夠解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有的碟式斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)成本過(guò)高，且無(wú)法在太陽(yáng)能強(qiáng)弱變化時(shí)輸出穩(wěn)定連續(xù)電力的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法；
[0010]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):該基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)包括碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)、布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，其中:
[0011]碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)包括機(jī)座支柱、跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、拋物面聚光鏡、鏡面框架、接收器支架、太陽(yáng)能接收器，其中:
[0012]機(jī)座支柱，用于固定支撐碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)；
[0013]跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用于調(diào)整拋物面聚光鏡對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)；
[0014]拋物面聚光鏡，用于聚焦太陽(yáng)光；
[0015]鏡面框架，用于固定支撐拋物面聚光鏡；
[0016]接收器支架，用于固定支撐太陽(yáng)能接收器；
[0017]太陽(yáng)能接收器，用于吸收聚焦后的太陽(yáng)熱量，并將熱量傳遞給氣態(tài)工質(zhì)。
[0018]布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括燃燒室，回?zé)崞?，燃?xì)馔钙?，壓氣機(jī)，發(fā)電機(jī)，進(jìn)氣管和排氣管，其中:
[0019]燃燒室，用于燃燒沼氣并加熱氣態(tài)工質(zhì)；
[0020]回?zé)崞?，用于?duì)新鮮氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱；
[0021 ]燃?xì)馔钙?，用于將氣態(tài)工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；
[0022]壓氣機(jī)，用于提高氣態(tài)工質(zhì)壓力；
[0023]發(fā)電機(jī)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；
[0024]進(jìn)氣管，用于引入氣態(tài)工質(zhì)，進(jìn)氣管與壓氣機(jī)相連；
[0025]排氣管，用于排出氣態(tài)工質(zhì)，排氣管與回?zé)崞飨噙B；
[0026]沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括進(jìn)料管、余熱回收器、熱管、沼氣發(fā)酵池、氣液分離器、沼氣儲(chǔ)存罐，其中:
[0027]進(jìn)料管，用于引入沼氣發(fā)酵所需的有機(jī)物質(zhì)；
[0028]余熱回收器，用于回收回?zé)崞髋欧诺母邷貜U氣熱量；
[0029]熱管，用于將余熱回收器中的熱量傳遞給沼氣發(fā)酵池；
[0030]沼氣發(fā)酵池，用于制備沼氣；
[0031 ]氣液分離器，用于分離沼氣和水分；
[0032]沼氣儲(chǔ)存罐，用于儲(chǔ)存沼氣；
[0033]所述監(jiān)控系統(tǒng)包括電磁三通閥，電磁控制閥，電磁調(diào)節(jié)閥，光敏傳感器，溫度傳感器、壓力傳感器和控制器，其中:
[0034]電磁三通閥，系統(tǒng)中有兩個(gè)電磁三通閥，第一電磁三通閥用于控制在太陽(yáng)能接收器中加熱的工質(zhì)進(jìn)入燃燒室或燃?xì)馔钙?，第二電磁三通閥用于控制從回?zé)崞髋懦母邷貜U氣進(jìn)入排氣管或余熱回收器；
[0035]電磁控制閥，用于控制進(jìn)料管給沼氣發(fā)酵池提供有機(jī)物質(zhì)；
[0036]電磁調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)沼氣儲(chǔ)存罐中沼氣進(jìn)入燃燒室的流量；
[0037]溫度傳感器，用于檢測(cè)沼氣發(fā)酵池溫度；
[0038]壓力傳感器，用于檢測(cè)沼氣儲(chǔ)存罐壓力；
[0039]光敏傳感器，用于檢測(cè)太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角和太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度；
[0040]控制器，用于輸入溫度傳感器、壓力傳感器、光明傳感器檢測(cè)信號(hào)，并控制跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、電磁三通閥、電磁控制閥和電磁調(diào)節(jié)閥；
[0041]控制器，用于輸入溫度傳感器、壓力傳感器、光明傳感器檢測(cè)信號(hào)，并控制跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、電磁三通閥、電磁控制閥和電磁調(diào)節(jié)閥；
[0042]控制器27為SMATIC S7-1500 PLC控制器，通過(guò)PC機(jī)編程可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。
[0043]本發(fā)明的有益效果是:利用天陽(yáng)能和沼氣互補(bǔ)，當(dāng)太陽(yáng)能的強(qiáng)弱發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)供給燃燒室中的沼氣，實(shí)現(xiàn)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，從而避免對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，既可應(yīng)用在分布式能源系統(tǒng)中，也可應(yīng)用在獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中；沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)還可連接用戶生活燃?xì)庠O(shè)備;采用可再生清潔能源一太陽(yáng)能和沼氣作為發(fā)電能源，而且可以回收煙氣余熱，極大地節(jié)約了不可再生能源的消耗，減輕對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)能環(huán)保;采用控制電路采集系統(tǒng)工作參數(shù)，并對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)整，整個(gè)過(guò)程基本都是自動(dòng)化控制，使用方便可靠;具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、發(fā)電效率高、實(shí)用性強(qiáng)、推廣前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖:1:機(jī)座支柱，2:跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，3:拋物面聚光鏡，4:鏡面框架，5:接收器支架，6:太陽(yáng)能接收器，7:燃燒室，8:回?zé)崞鳎?:燃?xì)馔钙剑?0:壓氣機(jī)，11:發(fā)電機(jī)，12:進(jìn)氣管，13:排氣管，14:進(jìn)料管，15:余熱回收器，16:熱管，17:沼氣發(fā)酵池，18:氣液分離器，19:沼氣儲(chǔ)存罐，20:第一電磁三通閥，21:第二電磁三通閥，22:電磁控制閥，23:電磁調(diào)節(jié)閥，24:溫度傳感器，25:壓力傳感器;26:光敏傳感器，27:控制器。
[0045]圖2為本發(fā)明的控制方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]—種基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，包括碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)，布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)。所述碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)包括拋物面聚光鏡3，拋物面聚光鏡3由鏡面框架4支撐，接收器支架5將太陽(yáng)能接收器6固定在拋物面聚光鏡3之上，跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置2將鏡面框架4支撐固定在機(jī)座支柱I上;所述布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括壓氣機(jī)10、回?zé)崞?、太陽(yáng)能接收器6、燃燒室7、燃?xì)馔钙?、發(fā)電機(jī)11，上述部件依次連通，進(jìn)氣管12與壓氣機(jī)10相連，排氣管13與回?zé)崞?相連;所述沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括進(jìn)料管14、沼氣發(fā)酵池17、氣液分離器18、沼氣儲(chǔ)存罐19，上述部件依次連通，余熱回收器15將回?zé)崞?排出的廢氣中熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，沼氣發(fā)酵池17與余熱回收器15之間通過(guò)熱管16連接，沼氣儲(chǔ)存罐19通過(guò)沼氣管道與燃燒室7連接;所述的監(jiān)控系統(tǒng)包括設(shè)置在太陽(yáng)能接收器6、燃燒室7、燃?xì)馔钙?之間的第一電磁三通閥20，設(shè)置在回?zé)崞?、排氣管13、余熱回收器15之間的第二電磁三通閥21，設(shè)置在進(jìn)料管14與沼氣發(fā)酵池17之間的電磁控制閥22，設(shè)置在沼氣儲(chǔ)存罐18與燃燒室7之間的電磁調(diào)節(jié)閥23，設(shè)置在沼氣發(fā)酵池17中的溫度傳感器24，設(shè)置在沼氣儲(chǔ)存罐19中的壓力傳感器25，放置在光源處的光敏傳感器26，上述控制部件均與控制器27通信連接。
[0047]控制器27為SMATIC S7-1500 PLC控制器，通過(guò)PC機(jī)編程實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。
[0048]上述基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。發(fā)電系統(tǒng)工作時(shí)，氣態(tài)工質(zhì)首先通過(guò)進(jìn)氣管12進(jìn)入壓氣機(jī)10，升壓后進(jìn)入回?zé)崞?與燃?xì)馔钙?排出的高溫氣態(tài)工質(zhì)換熱，預(yù)熱后的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入太陽(yáng)能接收器6被加熱；當(dāng)光敏傳感器26檢測(cè)到的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器27控制第一電磁三通閥20使被加熱的氣態(tài)工質(zhì)直接進(jìn)入燃?xì)馔钙?，否則控制器27控制第一電磁三通閥20使被加熱的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入燃燒室7，而且控制器27根據(jù)光敏傳感器26檢測(cè)到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)電磁調(diào)節(jié)閥23控制從沼氣儲(chǔ)存罐19進(jìn)入燃燒室7的沼氣流量;氣態(tài)工質(zhì)通過(guò)燃燒沼氣被進(jìn)一步加熱，再進(jìn)入燃?xì)馔钙?，燃?xì)馔钙?將氣態(tài)工質(zhì)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)11輸出電能。
[0049]太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)，控制器27根據(jù)光敏傳感器26檢測(cè)到的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度，控制跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置2調(diào)整由鏡面框架4支撐的拋物面聚光鏡3的高度角和方位角，使拋物面聚光鏡3對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，將聚焦的太陽(yáng)熱量傳遞到放置在拋物面聚光鏡3的焦點(diǎn)上的由接收器支架5支撐的太陽(yáng)能接收器6。
[0050]以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)，布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)。 所述碟式太陽(yáng)能吸收系統(tǒng)包括拋物面聚光鏡(3)，拋物面聚光鏡(3)由鏡面框架(4)支撐，接收器支架(5)將太陽(yáng)能接收器(6)固定在拋物面聚光鏡(3)之上，跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(2)將鏡面框架(4)支撐固定在機(jī)座支柱(I)上； 所述布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括壓氣機(jī)(10)、回?zé)崞?8)、太陽(yáng)能接收器(6)、燃燒室(7)、燃?xì)馔钙?9)、發(fā)電機(jī)(11)，上述部件依次連通，進(jìn)氣管(12)與壓氣機(jī)(10)相連，排氣管(13)與回?zé)崞?8)相連； 所述沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括進(jìn)料管(14)、沼氣發(fā)酵池(17)、氣液分離器(18)、沼氣儲(chǔ)存罐(19)，上述部件依次連通，余熱回收器(15)將回?zé)崞?8)排出的廢氣中熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，沼氣發(fā)酵池(17)與余熱回收器(15)之間通過(guò)熱管(16)連接，沼氣儲(chǔ)存罐(19)通過(guò)沼氣管道與燃燒室(7)連接； 所述的監(jiān)控系統(tǒng)包括設(shè)置在太陽(yáng)能接收器(6)、燃燒室(7)、燃?xì)馔钙?9)之間的第一電磁三通閥(20)，設(shè)置在回?zé)崞?8)、排氣管(13)、余熱回收器(15)之間的第二電磁三通閥(21)，設(shè)置在進(jìn)料管(14)與沼氣發(fā)酵池(17)之間的電磁控制閥(22)，設(shè)置在沼氣儲(chǔ)存罐(18)與燃燒室(7)之間的電磁調(diào)節(jié)閥(23)，設(shè)置在沼氣發(fā)酵池(17)中的溫度傳感器(24)，設(shè)置在沼氣儲(chǔ)存罐(19)中的壓力傳感器(25)，放置在光源處的光敏傳感器(26)，上述監(jiān)控系統(tǒng)部件均與控制器(27)通信連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:控制器(27)為S頂ATIC S7-1500PLC控制器，通過(guò)PC機(jī)編程實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)電系統(tǒng)既可應(yīng)用在分布式能源系統(tǒng)中，也可應(yīng)用在獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)還可連接用戶生活燃?xì)庠O(shè)備。5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于布雷頓循環(huán)的碟式太陽(yáng)能與沼氣互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括: 根據(jù)光敏傳感器(26)檢測(cè)到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，控制器(27)控制跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(2)調(diào)整拋物面聚光鏡(3)的高度角和方位角，使拋物面聚光鏡(3)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)； 光敏傳感器(26)檢測(cè)到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器(27)控制第一電磁三通閥(20)使太陽(yáng)能接收器(6)與燃?xì)馔钙?9)連通;否則控制器(27)控制第一電磁三通閥(20)使太陽(yáng)能接收器(6)與燃燒室(7)連通，且控制器(27)根據(jù)光敏傳感器(26)檢測(cè)到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)電磁調(diào)節(jié)閥(23)控制從沼氣儲(chǔ)存罐(19)進(jìn)入燃燒室(7)的沼氣流量； 溫度傳感器(24)檢測(cè)到的沼氣發(fā)酵池(17)溫度大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器(27)控制第二電磁三通閥(21)使回?zé)崞?8)與排氣管(13)連通，否則控制器(27)控制第二電磁三通閥(21)使回?zé)崞?8)與余熱回收器(15)連通； 壓力傳感器(25)檢測(cè)到的沼氣儲(chǔ)存罐(19)壓力大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器(27)控制電磁控制閥(22)斷開(kāi)進(jìn)料管(14)與沼氣發(fā)酵池(17)的連接，否則控制器(27)控制電磁控制閥(22)使進(jìn)料管(14)與沼氣發(fā)酵池(17)連通。
【文檔編號(hào)】F02C6/00GK105971732SQ201610402865
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】諶盈盈, 李玉強(qiáng), 廖勝明
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)