CN106988972A - 适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法 - Google Patents

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Abstract

适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，是以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：（1）CO2的储存与输送；（2）CO2蓄能；（3）超临界CO2流体调质与发电；（4）CO2循环与回热利用。本发明具有便于不同经纬度条件的广大乡村，在复杂的地形地貌状况下利用太阳能为能源，且占地小，又不影响乡村的生态环境的运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低等优点。

Description

适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法
技术领域
本发明涉及低碳与能源技术领域，尤其涉及一种以CO2为工质，适应于乡村以太阳能为能源的CO2循环发电的方法。
背景技术
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，太阳能发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。
今天，随CCS技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（PCHE），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30%以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40%到50%，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷凝器出口即压气机吸入口（循环起点）的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。显然，现有的超临界CO2循环发电技术方案并不适合我国乡村。
在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO2为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的乡村场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大，连飞鸟都不能及；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于乡村的环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。
综上所述，现有的各类利用太阳能为能源的CO2发电方法与广阔的乡村状况大多极不匹配，鉴于此，迫切需要开发一种适应于乡村状况的、利于广阔乡村节能减排的超临界CO2发电的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种便于不同经纬度条件的广大乡村，在复杂的地形地貌状况下利用太阳能为能源，且占地小，又不影响乡村的生态环境的运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低的二氧化碳循环发电的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。
进一步，所述的集光CO2蓄能装置主要包括中温蓄能机构、反射机构、蓄热材料和隔热材料，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。
进一步，所述的透镜聚能装置主要包括高温蓄能机构、凸透镜机构、蓄热材料和隔热材料和，所述凸透镜机构将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。
进一步，所述的中温蓄能机构、高温蓄能机构为热交换器。
进一步，所述的稳流调节器为将太阳能CO2蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2热流体的装置。
进一步，所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与太阳能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接；所述进口管路上设置有第一温压感应器、流量计、分配器、第三逆止阀；所述出口管道设置有调压阀、第二温压感应器；所述导流混合机构包括螺旋叶片、折流板或多孔板中的至少一种。
进一步，所述的热交换器及回热器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式热交换器和/或螺旋绕管式热交换器和/或列管式热交换器，工作介质为CO2流体。回热器为经冷却器冷却、压缩机压缩的低温CO2流体回收涡轮机/活塞式膨胀机出口流出的带余热的CO2流体的余热，进一步提高装备系统的发电效率。
进一步，所述的太阳能CO2蓄能装置为2套以上并联使用。
进一步，所述的供配电装置为成熟应用的供配电技术装置。
本发明的技术原理与技术优势：
1）为利用广阔乡村随经纬度自然地势与季节时辰变化的太阳能，设置成套配置的含“集光CO2蓄能装置”中低温蓄能和“透镜聚能装置”高温蓄能的太阳能CO2蓄能装置，获取太阳能产生的高温能源，以最低投资，满足超临界CO2循环发电所需的高温能源条件。
2）设置液态CO2储存罐，并以低功率、低能耗的高压泵装置输送液态CO2储存罐中的液态CO2，以满足广大的边远乡村较差的不理想的经济环境条件要求，并大幅降低生产运行中的自耗电能。
3）利用CO2的特性，设置直热式的太阳能CO2蓄能装置，以太阳能CO2蓄能装置中的液化CO2流体为工质，直接吸收蓄集不同温度、不同热力强度的阳光热能和凸透镜聚焦的阳光能，直接将液态CO2转化为不同蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，机构虽简单但蓄能速度快、效率高。
4）为解决现有的太阳能集热系统对场址要求高、占地宽、投资大等问题，设置占地小、投资小、便于随地形地貌捕集太阳能的“集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置”成套匹配的新型太阳能CO2蓄能装置，以便于广阔乡村随地形地貌安装的“集光CO2蓄能装置”获取80℃～300℃中低温的日光能源，再以“透镜聚能装置”的凸透镜聚焦阳光产生300℃～800℃高温能源，获得超临界CO2发电所需的高蓄能密度的高温高压超临界CO2流体。可以随地形地貌变化按需要分散设置若干套太阳能CO2蓄能装置（集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置）。
5）设置稳流调节器，以稳流调节器将分散设置的若干个太阳能CO2蓄能装置（集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置）产生的不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体调整为等压的超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，可稳定发电系统运行工况和电能输出。
6）以成熟应用的供配电装置解决广阔乡村的生活/生产稳定用电之所需，并供电网外卖创收。
本发明的有益效果：
1）针对广大乡村多样化的地形地貌和日照条件及经济环境条件，开发的适应于乡村的CO2循环发电的方法，工艺方法新颖，流程简单，实施的工艺设备占地小，投资小，系统自耗能低，产能高，运行费用低，工艺系统设备操控简单而可靠，易于实现自动化控制，具有良好的实用性和经济性。
2）在广大的乡村推广应用，可有效解决广大的乡村生活/生产用电，且大幅减少燃煤应用，还可有效降减日益增长的煤电生产对环境的巨大污染。
3）适应于乡村的二氧化碳循环发电的方法，有益于CCS技术的推广应用和全球应对气候变化的碳减排行动，可避免CO2的深层地质封存和深海封存对地球环境造成的不可预期的影响，如液态CO2将地质层甲烷和深海水合物甲烷大规模置换进入地球大气圈可能造成的灾难性风险。
4）利于乡村经济的发展，能促进广大乡村的就业和创业，增加乡村收入和社会财富，利于社会稳定。
附图说明
图1为本发明的基本工艺流程图。
图2为一种设有4套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的工艺流程示意图。
图3为一种设有9套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的工艺流程示意图。
图4为一种设有4套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的工艺流程示意图。
图5为一种设有6套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的工艺流程示意图。
图6为一种稳流调节器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
参照图1，适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体CO2经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压的超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用 将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。
所述的集光CO2蓄能装置主要包括中温蓄能机构、反射机构、蓄热材料和隔热材料，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。
所述的透镜聚能装置主要包括高温蓄能机构、凸透镜机构、蓄热材料和隔热材料和，所述凸透镜机将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。
所述的中温蓄能机构、高温蓄能机构为热交换器。
所述的稳流调节器为将太阳能CO2蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2热流体的装置。
参照图6，所述的稳流调节器包括稳流调节器本体41、导流混合机构42、进口管路43和出口管路44；所述导流混合机构42设置在稳流调节器本体41内，所述进口管路43和出口管路44均设置在稳流调节器本体41上；所述进口管路43与太阳能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路44与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接；所述进口管路43上设置有第一温压感应器431、流量计432、分配器433、第三逆止阀434；所述出口管道44设置有调压阀441、第二温压感应器442；所述导流混合机构42包括螺旋叶片421、折流板422或多孔板423中的至少一种。
波动的、不同温度和不同热能密度的高压热态超临界CO2流体经太阳能CO2蓄能装置的出口流出后，进入进口管路43，通过第一温压感应器431检测管路中的超临界CO2流体的温度和压力，依照涡轮机/活塞式膨胀机发电需要的超临界CO2流体的温度和压力，通过流量计432检测流量，分配器433控制管路上各种超临界CO2流体的流量，使得进入稳流调节器本体41内的超临界CO2流体经过导流混合机构42的作用后，出口管路44上的第二温压感应器442检测管路中输出的等压等温的超临界CO2流体的温度和压力符合要求。
所述的热交换器及回热器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式热交换器和/或螺旋绕管式热交换器和/或列管式热交换器，工作介质为CO2流体。回热器以经冷却器冷却、压缩机压缩的低温CO2流体回收涡轮机/活塞式膨胀机出口流出的带余热的CO2流体的余热，进一步提高装备系统的发电效率。
所述的太阳能CO2蓄能装置可为2套以上并联使用。
所述的供配电装置为成熟应用的供配电技术装置。
实施例1
参照图2，一种设有4套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置1个液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入4套太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入4套太阳能CO2蓄能装置中的4个集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入相应的4个透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）4个透镜聚能装置产生的波动的和不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩后，返回回热器回收余热，再送入4套太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电。
实施例2
参照图3，一种设有9套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置2个液态CO2储存罐储存CO2；以组合的3台高压泵将2个液态CO2储存罐中的液态CO2压送入9套太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入9套太阳能CO2蓄能装置中的9个集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入相应的9个透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）9个透镜聚能装置产生的波动的和不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）涡轮机作功后排出的低压CO2流体送入回热器(回收器A和回收器B)，经冷却器冷却和压缩机压缩后，返回回热器回收余热，再送入9套太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩后，直接送入2个液态CO2储存罐中供循环蓄能发电。
实施例3
参照图4，一种设有4套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送：
设置2个液态CO2储存罐储存CO2，同时设置高压泵和压缩机联合输送；以高压泵和压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入4套太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入4套太阳能CO2蓄能装置中的4个集光CO2蓄能装置中的CO2流体吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入相应的4个透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）中4个透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）涡轮机作功后排出的低压CO2流体送入回热器，经冷却器冷却和压缩机B、压缩机A压缩，返回回热器回收余热，再送入4套太阳能CO2蓄能装置的4个集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机B压缩后，直接2个送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电。
实施例4
参照图5，一种设有6套太阳能CO2蓄能装置适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，所述阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置3个液态CO2储存罐储存CO2，设置2台压缩机（压缩机A、压缩机B）与一台高压泵联合；以1台高压泵和2台压缩机联用，将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入6套太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入6套太阳能CO2蓄能装置中的6个集光CO2蓄能装置中的CO2流体吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入相应的6个透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）6个透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）涡轮机作功后排出的低压CO2流体送入回热器（回收器A和回收器B），经冷却器冷却和压缩机A、压缩机B压缩，返回回热器回收余热，再送入6套太阳能CO2蓄能装置的6个集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机A压缩后，直接送入3个液态CO2储存罐中供循环蓄能发电。
本发明为利用广阔乡村随经纬度自然地势与季节时辰变化的太阳能，设置成套配置的含“集光CO2蓄能装置”中低温蓄能和“透镜聚能装置”高温蓄能的太阳能CO2蓄能装置，获取太阳能产生的高温能源，以最低投资，满足超临界CO2循环发电所需的高温能源条件。利用CO2的物理性质，设置直热式的太阳能CO2蓄能装置，以太阳能CO2蓄能装置中的液化CO2流体为工质，直接吸收蓄集不同温度、不同热力强度的阳光热能和凸透镜聚焦的阳光能，直接将液态CO2转化为不同蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，机构虽简单但蓄能速度快、效率高。
通过设置液态CO2储存罐，并以低功率、低能耗的高压泵装置输送液态CO2储存罐中的液态CO2，以满足广大的边远乡村较差的不理想的经济环境条件要求，并大幅降低生产运行中的自耗电能。
为解决现有的太阳能集热系统对场址要求高、占地宽、投资大等问题，设置占地小、投资小、便于随地形地貌捕集太阳能的“集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置”成套匹配的新型太阳能CO2蓄能装置，以便于广阔乡村随地形安装的“集光CO2蓄能装置”获取80℃～300℃中低温的日光能源，再以“透镜聚能装置”的凸透镜聚焦阳光产生300℃～800℃高温能源，获得超临界CO2发电所需的高蓄能密度的高温高压超临界CO2流体。可以随地形地貌变化按需要分散设置若干套太阳能CO2蓄能装置（集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置）。
通过设置稳流调节器，以稳流调节器将分散设置的若干个太阳能CO2蓄能装置（集光CO2蓄能装置+透镜聚能装置）产生的不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，可稳定发电系统运行工况和电能输出。并以成熟应用的供配电装置解决广阔乡村的生活/生产用电，或供电网外卖创收。
本发明针对广大乡村多样化的地形地貌和日照条件及经济环境条件，开发的适应于乡村的CO2循环发电的方法，工艺方法新颖，流程简单，可因情因地制宜选择装置和系统的布置方式，实施的工艺设备占地小，投资小，系统自耗能低，产能高，运行费用低，工艺系统设备操控简单而可靠，易于实现自动化控制，具有良好的实用性和经济性。可有效解决广大的乡村生活/生产用电，且大幅减少燃煤应用，还可有效降减日益增长的煤电生产对环境的巨大污染。有益于CCS技术的推广应用和全球应对气候变化的碳减排行动，可避免CO2的深层地质封存和深海封存对地球环境造成的不可预期的影响，如液化CO2将地质层甲烷和深海水合物甲烷大规模置换进入地球大气圈可能造成的灾难性风险。利于乡村经济的发展，能促进广大乡村的就业和创业，增加乡村收入和社会财富，利于社会稳定。

Claims (8)

1. 适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：
（1）CO2的储存与输送
设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；
（2）CO2蓄能
将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；
（3）超临界CO2流体调质与发电
将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；
（4）CO2循环与回热利用
将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。
2.根据权利要求1所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的集光CO2蓄能装置主要包括中温蓄能机构、反射机构、蓄热材料和隔热材料，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。
3.根据权利要求2所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的透镜聚能装置主要包括高温蓄能机构、凸透镜机构、蓄热材料和隔热材料，所述凸透镜机构将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。
4.根据权利要求3所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的中温蓄能机构、高温蓄能机构为热交换器。
5.根据权利要求1或2或3所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的稳流调节器为将太阳能CO2蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2热流体的装置。
6.根据权利要求5所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与太阳能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的热交换器及回热器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式热交换器和/或螺旋绕管式热交换器和/或列管式热交换器，工作介质为CO2流体。
8.根据权利要求1或2或3所述的适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：所述的太阳能CO2蓄能装置为2套以上并联使用。
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