一种耦合碟式光热的热电发电系统及其工作方法与流程

1.本发明属于太阳能光热及热电发电技术领域，具体涉及一种耦合碟式光热的热电发电系统及其工作方法。


背景技术：

2.热电发电利用塞贝克效应将热能直接转为电能，与传统热力发电相比，减少了热能向机械能转化的环节，结构非常简单，由于没有运动部件，发电装置没有磨损，没有噪音，目前利用热电发电技术的同位素温差发电器已被成功应用于火星探测器。
3.碟式光热系统利用碟状抛物面反射镜将太阳光线聚焦，位于焦点处的吸热器吸收太阳辐射作为斯特林发动机的热源，斯特林发动机内工质受热膨胀，推动活塞运动，带动发电机发电。与其他光热发电技术相比，碟式光热系统聚光比和运行温度很高，单机容量小，非常适合于建立分布式能源系统。
4.沿海区域拥有广阔的海洋和光热资源。一些岛礁、海上灯塔、钻井平台、海上通讯基站等远离大陆的区域，需要低成本的电源提供；目前碟式光热系统的发电模块主要配备斯特林发电机，受制于支撑结构和成本，发电功率较小。如何利用碟式光热系统的特点为以上孤岛型区域提供电源，是当前有待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种耦合碟式光热的热电发电系统及其工作方法，将吸热器内的高温吸热介质作为热电装置的热端，抽取不同深度的海水作为热电装置的冷端，利用塞贝克效应构成热电发电系统，为孤岛型区域提供结构简单、成本低廉的电源。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.本发明公开的一种耦合碟式光热的热电发电系统，包括碟式光热系统、热电转化装置、海上浮动平台、进液短管和进液长管；
8.碟式光热系统和热电转化装置设在海上浮动平台上；热电转化装置包括热源输入端和冷源输入端；碟式光热系统的输出端与热源输入端连接；进液短管的一端分别与热源输入端和冷源输入端连接，另一端置于浅层海水中；进液长管的一端与冷源输入端连接，另一端置于深层海水中。
9.优选地，碟式光热系统包括吸热器和碟状抛物面反射镜，碟状抛物面反射镜通过转向机构和俯仰角调节机构与海上浮动平台连接，吸热器设置在碟状抛物面反射镜反射光线的聚焦点上，吸热器的出口与热电转化装置的热源输入端连接。
10.优选地，热源输入端通过高温输液管与碟式光热系统的输出端连接，所述高温输液管上设有高温进液阀和高温液体泵；进液短管连接有中温输液主管，所述中温输液主管上设有中温液体泵；所述中温输液主管连接有并联设置的第一中温输液支管和第二中温输液支管，所述第一中温输液支管与热源输入端连接，所述第一中温输液支管上设有第一中
温进液阀，所述第二中温输液支管与冷源输入端连接，所述第二中温输液支管上设有第二中温进液阀；进液长管通过低温输液管与冷源输入端连接，所述低温输液管上设有低温进液阀和低温液体泵。
11.优选地，热源输入端和冷源输入端的一侧分别连接有一块绝缘导热板，两块绝缘导热板分别连接有若干导流板，导流板之间交替设置若干n型半导体和p型半导体，若干n型半导体和p型半导体通过导流板串联形成若干对电源，两端的导流板与外部用电负载连接。
12.进一步优选地，绝缘导热板为陶瓷材质，导流板为铜材质。
13.进一步优选地，热源输入端设有若干热端进液口和若干热端出液口，冷源输入端设有若干冷端出液口和若干冷端进液口。
14.优选地，海上浮动平台底部设置有推进装置和锚固装置。
15.优选地，碟式光热系统的输出端、进液短管的进口端和进液长管的进口端分别设有温度传感器。
16.优选地，进液短管和进液长管均为伸缩管。
17.本发明公开的上述耦合碟式光热的热电发电系统的工作方法，包括
18.当光照充足时，碟式光热系统输出的高温介质作为热源进入热源输入端，进液短管抽取的浅层海水或进液长管抽取的深层海水作为冷源进入冷源输入端，热电转化装置利用热源与冷源的温差发电；
19.当光照不足时，进液短管抽取的浅层海水作为热源进入热源输入端，进液长管抽取的深层海水作为冷源进入冷源输入端，热电转化装置利用热源与冷源的温差发电。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
21.本发明公开的一种耦合碟式光热的热电发电系统，将碟式光热系统输出的高温介质作为热源输入热电转化模块的热源输入端，利用进液短管和进液长管抽取不同深度的海水作为热源或冷源输入热电转化模块热源输入端和冷源输入端，利用半导体的塞贝克效应构成热电发电系统。热源输入端的高温介质和冷源输入端的低温海水具有很大的温差，增大了两端的电势差，可提高热电转化模块输出功率。当光照不足时，根据不同深度的海水具有不同温度的特点，利用海水温差进行热电发电。系统利用海上浮动平台搭建，不会受到位置和结构的限制，能够实现规模化的分布式能源系统，提高发电功率。本发明系统结构简单，有效地拓展了碟式光热发电的应用场景，为孤岛型区域提供结构简单、成本低廉的电源。
22.进一步地，碟式光热系统的碟状抛物面反射镜连接有转向机构和俯仰角调节机构，能够最大程度的调整角度和姿态，提高对光能的利用率。
23.进一步地，海上浮动平台底部设置有推进装置和锚固装置，能够在海上灵活移动和稳定停泊。
24.进一步地，碟式光热系统的输出端、进液短管的进口端和进液长管的进口端分别设有温度传感器，能够根据碟式光热系统出口介质和海水的实时温度，切换系统的工作模式，保证系统的最优性能。
25.进一步地，进液短管和进液长管均为伸缩管，能够根据需要获取不同深度的海水。
26.本发明公开的上述耦合碟式光热的热电发电系统的工作方法，自动化程度高、成本低、适用范围广，具有良好的应用前景。
5之间交替设置若干n型半导体3-6和p型半导体3-7，若干n型半导体3-6和p型半导体3-7通过导流板3-5串联形成若干对电源，两端的导流板3-5与外部用电负载连接。
37.作为一个具体的实施例，绝缘导热板3-4采用陶瓷材质，导流板3-5采用铜材质。由于热源输入端3-3底部、绝缘导热板3-4、导流板3-5、n型半导体3-6、p型半导体3-7、冷源输入端3-8底部均紧密贴合，因此忽略贴合界面间的接触热阻；高温导热油从热源输入端3-3的热端进液口3-1流入，从热源输入端3-3的热端出液口3-2流出，高温热流依次通过热源输入端3-3底部、绝缘导热板3-4、导流板3-5，传递给n型半导体3-6、p型半导体3-7的热端。n型半导体3-6热端带负电的电子向冷端扩散，p型半导体3-7热端带正电的空穴向冷端扩散，冷热两端形成静电场，抑制电子和空穴的扩散，当两者平衡时，同一侧导流板3-5间形成稳定的电势差。海水从冷源输入端3-8的冷端进液口3-10流入，从冷源输入端3-8的冷端出液口3-9流出，维持冷端低温。
38.进一步地，热源输入端3-3设有若干热端进液口3-1和若干热端出液口3-2，冷源输入端3-8设有若干冷端出液口3-9和若干冷端进液口3-10。
39.在本发明的一个较优的实施例中，海上浮动平台5底部设置有推进装置8和锚固装置。
40.在本发明的一个较优的实施例中，碟式光热系统的输出端、进液短管6的进口端和进液长管7的进口端分别设有温度传感器。
41.在本发明的一个较优的实施例中，进液短管6和进液长管7均为伸缩管。
42.上述耦合碟式光热的热电发电系统工作方法，具有两种模式：
43.当光照充足时，高温进液阀2-1打开，高温液体泵4-1工作，高温导热油作为热源进入热源输入端3-3，低温进液阀2-4打开，低温液体泵4-3工作，抽取深层海水作为冷源进入冷源输入端3-8；也可将第二中温进液阀2-3打开，中温液体泵4-2工作，抽取浅层海水作为冷源进入冷源输入端3-8，高温导热油与浅层海水或深层海水形成温差，热电转化装置3利用热源与冷源的温差发电供给外部用电负载。
44.当光照不足时，第二中温进液阀2-2打开，中温液体泵4-2工作，抽取浅层海水作为热源进入热源输入端3-3，低温进液阀2-4打开，低温液体泵4-3工作，抽取深层海水作为冷源进入冷源输入端3-8，浅层海水与深层海水形成温差，热电转化装置3利用热源与冷源的温差发电供给外部用电负载。
45.以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，包括碟式光热系统、热电转化装置(3)、海上浮动平台(5)、进液短管(6)和进液长管(7)；碟式光热系统和热电转化装置(3)设在海上浮动平台(5)上；热电转化装置(3)包括热源输入端(3-3)和冷源输入端(3-8)；碟式光热系统的输出端与热源输入端(3-3)连接；进液短管(6)的一端分别与热源输入端(3-3)和冷源输入端(3-8)连接，另一端置于浅层海水(15)中；进液长管(7)的一端与冷源输入端(3-8)连接，另一端置于深层海水(16)中。2.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，碟式光热系统包括吸热器(1)和碟状抛物面反射镜(9)，碟状抛物面反射镜(9)通过转向机构和俯仰角调节机构与海上浮动平台(5)连接，吸热器(1)设置在碟状抛物面反射镜(9)反射光线的聚焦点上，吸热器(1)的出口与热电转化装置(3)的热源输入端(3-3)连接。3.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，热源输入端(3-3)通过高温输液管与碟式光热系统的输出端连接，所述高温输液管上设有高温进液阀(2-1)和高温液体泵(4-1)；进液短管(6)连接有中温输液主管，所述中温输液主管上设有中温液体泵(4-2)；所述中温输液主管连接有并联设置的第一中温输液支管和第二中温输液支管，所述第一中温输液支管与热源输入端(3-3)连接，所述第一中温输液支管上设有第一中温进液阀(2-2)，所述第二中温输液支管与冷源输入端(3-8)连接，所述第二中温输液支管上设有第二中温进液阀(2-3)；进液长管(7)通过低温输液管与冷源输入端(3-8)连接，所述低温输液管上设有低温进液阀(2-4)和低温液体泵(4-3)。4.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，热源输入端(3-3)和冷源输入端(3-8)的一侧分别连接有一块绝缘导热板(3-4)，两块绝缘导热板(3-4)分别连接有若干导流板(3-5)，导流板(3-5)之间交替设置若干n型半导体(3-6)和p型半导体(3-7)，若干n型半导体(3-6)和p型半导体(3-7)通过导流板(3-5)串联形成若干对电源，两端的导流板(3-5)与外部用电负载连接。5.根据权利要求4所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，绝缘导热板(3-4)为陶瓷材质，导流板(3-5)为铜材质。6.根据权利要求4所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，热源输入端(3-3)设有若干热端进液口(3-1)和若干热端出液口(3-2)，冷源输入端(3-8)设有若干冷端出液口(3-9)和若干冷端进液口(3-10)。7.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，海上浮动平台(5)底部设置有推进装置(8)和锚固装置。8.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，碟式光热系统的输出端、进液短管(6)的进口端和进液长管(7)的进口端分别设有温度传感器。9.根据权利要求1所述的耦合碟式光热的热电发电系统，其特征在于，进液短管(6)和进液长管(7)均为伸缩管。10.权利要求1～9所述的耦合碟式光热的热电发电系统的工作方法，其特征在于，包括：当光照充足时，碟式光热系统输出的高温介质作为热源进入热源输入端(3-3)，进液短管(6)抽取的浅层海水(15)或进液长管(7)抽取的深层海水(16)作为冷源进入冷源输入端(3-8)，热电转化装置(3)利用热源与冷源的温差发电；
当光照不足时，进液短管(6)抽取的浅层海水(15)作为热源进入热源输入端(3-3)，进液长管(7)抽取的深层海水(16)作为冷源进入冷源输入端(3-8)，热电转化装置(3)利用热源与冷源的温差发电。

技术总结
本发明公开的一种耦合碟式光热的热电发电系统及其工作方法，属于太阳能光热及热电发电技术领域。包括碟式光热系统、热电转化装置、海上浮动平台、进液短管和进液长管；碟式光热系统和热电转化装置设在海上浮动平台上；热电转化装置包括热源输入端和冷源输入端；碟式光热系统的输出端与热源输入端连接；进液短管的一端分别与热源输入端和冷源输入端连接，另一端置于浅层海水中；进液长管的一端与冷源输入端连接，另一端置于深层海水中。本发明系统结构简单，有效地拓展了碟式光热发电的应用场景，为孤岛型区域提供结构简单、成本低廉的电源。源。源。


技术研发人员：吴家荣 顾正萌 蒋世希 姚明宇 李红智 杨玉 杨乐
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/14