CN102400867A - 带蓄热的超临界co2太阳能热发电系统 - Google Patents
带蓄热的超临界co2太阳能热发电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带蓄热的超临界二氧化碳(CO2)太阳能热发电系统,涉及太阳能发电技术。太阳能集热器聚集太阳光加热传热流体,并通过蓄热/换热器为动力循环提供稳定、可控的高温热量。在动力循环中,液态二氧化碳(CO2)被液泵升压后依次流经回热器和蓄热/换热器吸热、气化至超临界状态,随后超临界CO2进入膨胀机做功,膨胀后进入回热器回热,并在冷凝器中冷却凝结成液态CO2,最后回到液泵中,完成一个循环。本发明的系统拥有明显高于常规基于水(蒸汽)的太阳能热发电系统的动力转换效率,同时,系统集成了高温蓄热/换热器,在克服了太阳能间歇性和稳定性低的同时,还可改善系统整体效率与经济性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域,特别是一种带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统。
背景技术
高昂的发电成本令太阳能发电目前还不具备商业竞争力,研究高效、经济的太阳能发电系统已成为开发太阳能的主要技术瓶颈之一。太阳能热发电是当前技术最成熟、成本最低的太阳能发电技术,但是存在两个主要问题,一是对它的研究大多以水(蒸汽)为工作介质,目前以水(蒸汽)为介质的热发电动力循环热效率上限约为40%,特别是对于中低温太阳能热源,其效率更低,迫切需要寻求一种方法来提高发电循环热效率。有关研究主要是通过改变太阳能集热器的结构,提高涂层的热吸收率或减少集热器的热损失来提高集热器的性能,较少有采用不同动力循环工质来提高系统性能的研究。而一些对不同工质进行的研究显示,空气工质的热力循环热效率低,氨是有毒物质,具有高粘度的硅油则使用困难;二是由于太阳能固有的间歇性和不稳定性,使得太阳能的大规模利用受到制约,蓄热已成为应对太阳能固有间歇性和不稳定性的关键方法,不稳定的太阳能热能先被存储起来,在需要时再稳定地输出并传递给工作介质,从而解决太阳能热发电系统的不稳定性问题。因此,集成高效、可靠且成本低廉的蓄热装置对改善发电系统整体经济性也至关重要。
发明内容
本发明的目的是公开一种带蓄热的超临界CO2的太阳能热发电系统,是一种新型太阳能热发电系统,是以超临界CO2为动力循环工质,并耦合了蓄热装置,该新型太阳能热发电系统拥有明显高于常规基于水(蒸汽)的太阳能热发电系统的动力转换效率,并克服了太阳能间歇性和稳定性低的问题,系统整体效率与经济性得到改善。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:
一种带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,包括太阳能集热系统和热功转换系统;其太阳能集热系统包括太阳能集热器,集热器内预装有传热流体;热功转换系统包括CO2增压液泵、蓄热/换热器、CO2膨胀机、发电机、回热器、冷凝器及多根管线,各部件以耐高温、高压管线相通连;热功转换系统中预装有液态CO2作为动力循环工质。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述传热流体,为水、耐温1000℃以上高温油或高温熔融盐其中之一。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述蓄热/换热器,其内部蓄热介质是高温熔融盐、陶瓷、金属及合金、高温油、石子、混凝土中的一种或多种的组合。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述冷凝器,将CO2冷凝至温度≤300K。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其流程为:
a)太阳能集热器加热传热流体,向蓄热/换热器输入热量;
b)在动力循环中,液态二氧化碳被CO2增压液泵升压后依次流经回热器和蓄热/换热器吸热、气化至超临界状态;
c)随后超临界CO2进入CO2膨胀机做功,带动发电机发电;
d)膨胀后进入回热器回热,并在冷凝器中冷却凝结成液态CO2;
e)最后回到CO2增压液泵中,完成一个循环。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述CO2增压液泵,将液态CO2增压到至少100bar。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述CO2膨胀机,其出口压力至少80bar。
所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其所述太阳能集热器,为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器其中之一或组合。
本发明的一种带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,拥有明显高于常规基于水(蒸汽)的太阳能热发电系统的动力转换效率,同时,集成了高温蓄热/换热器,在克服了太阳能间歇性和稳定性低的同时,还可改善系统整体效率与经济性。
附图说明
图1为本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统实施例1结构示意图;
图2为本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统实施例2结构示意图;
图3为本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统实施例3结构示意图。
附图标记说明:
CO2增压液泵1,管线2、4、6、9、10、12,回热器3,蓄热/换热器5,CO2膨胀机7,发电机8,冷凝器11,槽式太阳能集热器的太阳能集热系统13,热功转换系统14,塔式太阳能集热器的太阳能集热系统15,碟式太阳能集热器的太阳能集热系统16。
具体实施方式
参考图1、2、3,本发明的一种带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统,包括太阳能集热系统和热功转换系统14:太阳能集热系统主要包括太阳能集热器和传热流体;热功转换系统主要包括CO2增压液泵1、蓄热/换热器5、CO2膨胀机7、发电机8、回热器3、冷凝器11及多根管线。
其流程为:
太阳能集热系统13中,太阳能集热器加热传热流体,通过蓄热/换热器5为热功转换系统提供稳定的高温热量。热功转换系统14中,液态CO2在CO2增压液泵1中被压缩升压后经过管线2、4依次流经回热器3和蓄热/换热器5被加热、气化至超临界状态,随后超临界CO2经过管线6进入膨胀机7做功,带动发电机8发电。膨胀后的超临界CO2再经过管线9进入回热器3回热,从管线10引出的CO2最后在冷凝器11中被冷却凝结成液态,最后通过管线12回到CO2增压液泵1中,完成一个循环。
传热流体为水(蒸汽)、耐温1000℃以上高温油或高温熔融盐。
热功转换系统以超临界CO2作为动力循环工质。
CO2增压液泵1将液态CO2增压到至少100bar。
CO2膨胀机7,CO2膨胀后出口压力至少80bar。
蓄热/换热器5,其内部蓄热介质是高温熔融盐、陶瓷、金属及合金、高温油、石子、混凝土中的一种或多种。
冷凝器11,将CO2冷凝至温度≤300K。
本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统,包括太阳能集热系统13和热功转换系统14。太阳能集热系统13为热功转换系统14提供稳定的高温热量。热功转换系统14以超临界CO2为循环工质,并耦合了蓄热装置,拥有明显高于常规基于水(蒸汽)的热效率,超临界CO2优良的传热和流动特性具有提高太阳能发电系统整体性能的巨大潜力。同时,系统集成了高温蓄热/换热器,在克服太阳能间歇性和稳定性低的同时,还可改善系统整体效率与经济性。
实施例:
如图1所示,为本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统实施例1。本发明的带蓄热的超临界CO2太阳能热发电系统包括太阳能集热系统13和热功转换系统14。太阳能集热系统13中,槽式太阳能集热器加热传热流体,向蓄热/换热器5输入热量。热功转换系统14包括CO2增压液泵1,蓄热/换热器5,CO2膨胀机7,发电机8,回热器3,冷凝器11,管线2、4、6、9、10、12。
CO2增压液泵1经管线2、12分别与回热器3和冷凝器11相通连。蓄热/换热器5经管线4、6分别与回热器3和CO2膨胀机7相通连。CO2膨胀机7、回热器3、冷凝器11经管线9、10顺序相通连。CO2膨胀机7旋转轴与发电机8驱动轴固接。
工作时,热功转换系统14中,液态CO2被增压液泵1升压至临界压力以上,对液体加压令压缩功大为降低,随后高压CO2经过管线2在回热器3中吸热升温至超临界状态,超临界CO2经过管线4进入蓄热/换热器5吸收传热流体释放的热量后进一步升温,其中传热流体在太阳能集热系统13中被加热,太阳能集热器聚集太阳光,辐射能被转换成热能,高温传热流体再通过蓄热/换热器5将热量输入热功转换系统14。然后管线6将超临界CO2输送至膨胀机7做功,带动发电机8发电。膨胀后的超临界CO2温度仍然较高,进入回热器3释放热量来预热进蓄热/换热器5前的CO2,CO2出回热器3后在冷凝器11中被进一步降温至临界温度以下,CO2被冷却凝结成液态,热量释放到环境中。最后自冷凝器11流出的液态CO2通过管线12回到液泵1中。
图2是本发明的超临界空气储能系统与太阳能热发电相结合的实施例2,其热功转换系统与实施例1相同,而在太阳能集热系统15中,利用塔式太阳能集热器加热传热流体,向蓄热/换热器5输入热量。
图3是本发明的超临界空气储能系统与太阳能热发电相结合的实施例3,其热功转换系统与实施例1相同,而在太阳能集热系统16中,利用碟式太阳能集热器加热传热流体,向蓄热/换热器5输入热量。
Claims (8)
1.一种带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,包括太阳能集热系统和热功转换系统;其特征在于,太阳能集热系统包括太阳能集热器,集热器内预装有传热流体;热功转换系统包括CO2增压液泵、蓄热/换热器、CO2膨胀机、发电机、回热器、冷凝器及多根管线,各部件以耐高温、高压管线相通连;热功转换系统中预装有液态CO2作为动力循环工质。
2.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述传热流体,为水、耐温1000℃以上高温油或高温熔融盐其中之一。
3.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述蓄热/换热器,其内部蓄热介质是高温熔融盐、陶瓷、金属及合金、高温油、石子、混凝土中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述冷凝器,将CO2冷凝至温度≤300K。
5.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:流程为:
a)太阳能集热器加热传热流体,向蓄热/换热器输入热量;
b)在动力循环中,液态二氧化碳被CO2增压液泵升压后依次流经回热器和蓄热/换热器吸热、气化至超临界状态;
c)随后超临界CO2进入CO2膨胀机做功,带动发电机发电;
d)膨胀后进入回热器回热,并在冷凝器中冷却凝结成液态CO2;
e)最后回到CO2增压液泵中,完成一个循环。
6.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述CO2增压液泵,将液态CO2增压到至少100bar。
7.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述CO2膨胀机,其出口压力至少80bar。
8.根据权利要求1所述的带蓄热的超临界二氧化碳太阳能热发电系统,其特征在于:所述太阳能集热器,为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器其中之一或组合。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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GR01 | Patent grant |