CN108800628B - 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统 - Google Patents

一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108800628B
CN108800628B CN201810650665.5A CN201810650665A CN108800628B CN 108800628 B CN108800628 B CN 108800628B CN 201810650665 A CN201810650665 A CN 201810650665A CN 108800628 B CN108800628 B CN 108800628B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
heat exchange
outlet
inlet
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810650665.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108800628A (zh
Inventor
黄云
姚华
李大成
王娜锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN201810650665.5A priority Critical patent/CN108800628B/zh
Publication of CN108800628A publication Critical patent/CN108800628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108800628B publication Critical patent/CN108800628B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统，包括太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统。将太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统以及储热换热子系统耦合设置，通过利用太阳能热化学循环子系统分别向蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统提供能量，保证蒸汽轮机发电循环子系统稳定的电力输出以及储热换热子系统稳定的热力供应，改变了现有技术“以热定电”的捆绑模式；同时太阳能热化学循环子系统采用闭式循环，实现了二氧化碳的“零排放”，与常规的火力发电系统相比，本发明的基于太阳能热化学储能的热电联供系统只利用太阳能、风能等清洁能源驱动，即节省燃料成本，又避免环境污染。

Description

一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统
技术领域
本发明实施例涉及发电技术领域，尤其涉及一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统。
背景技术
在传统分布式能源系统中，热电机组大多以“以热定电”的捆绑方式运行，系统难以跟随用电负荷的波动进行精准调控，往往造成机组低负荷率运行或者强迫停机，使得机组年利用小时数较小。
随着新能源的发展，太阳能作为一种清洁能源逐渐走进了人们的视线，太阳能热储存技术得到了快速发展。热储存技术指将阳光充沛时空下的热能储存到阳光不足的时空下备用，以维持太阳能光热发电系统的稳定运行。当前，太阳能热储存方法主要分为直接储存和间接储存两大类：前者指将太阳光热直接储存，包括显热储存、相变储存；后者指将太阳能先转化为其它形式的能量，之后再储存，包括热化学储存和机械能储存。与显热储能和相变储能相比，太阳能热化学储能具有其独特优势：(1)储能密度很高，可达0.5～1kWh/kg；(2)正逆反应可以在高温(500～1000℃)下进行，从而得到高品质的能量；(3)在环境温度下可实现长期无热损；(4)可以通过催化剂或产物分离等方式，在常温下长期储存分解物，并实现其远距离运输。
鉴于上述明显优势，太阳能热化学储能已成为当前研究者关注的热点，如何基于太阳能热化学储能，改善传统发电过程中“以热定电”的捆绑方式，成为研究的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统，实现了稳定的电力输出和热力供应，解决了现有发电过程中“以热定电”的技术难题。
本发明实施例提供了一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统，包括：
太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统；
所述太阳能热化学循环子系统包括聚光镜、第一反应器、气固分离器、第一二氧化碳储罐、氧化物储罐、二氧化碳透平机、第一发电机、第二二氧化碳储罐、电动机、压缩机、第三二氧化碳储罐、第一换热器和第二反应器；
其中，所述聚光镜用于收集太阳光；所述第一反应器中的太阳能入口与所述聚光镜连接，所述第一反应器的出口与所述气固分离器连接；所述气固分离器的气体出口与所述第一二氧化碳储罐的入口连接，所述气固分离器的固体出口与所述氧化物储罐连接；所述第一二氧化碳储罐的第一气体出口与所述二氧化碳透平机连接，所述第一二氧化碳储罐的第二气体出口与所述第一换热器的热流体侧入口连接；所述氧化物储罐的出口与所述第二反应器的固体入口连接；所述二氧化碳透平机的出口与所述第二二氧化碳储罐的入口连接；所述第二二氧化碳储罐的出口与所述压缩机的入口连接；所述压缩机的出口与所述第三二氧化碳储罐的入口连接；所述第三二氧化碳储罐的出口与所述第一换热器的冷流体侧入口连接；所述第一换热器的冷流体侧出口与所述第一反应器的第一入口连接，所述第一换热器的热流体侧出口与所述第二反应器的气体入口连接；所述第二反应器的出口与所述第一反应器的第二入口连接；
所述二氧化碳透平机与所述第一发电机连接；
所述电动机与所述压缩机连接；
所述第一反应器内设置有热化学能储热材料；
所述蒸汽轮机发电循环子系统包括第一换热盘管、第二换热盘管、第一蒸汽透平机、第二蒸汽透平机、第二发电机、第二换热器、第一水泵、混合加热器和第二水泵；
其中，所述第一换热盘管和所述第二换热盘管设置于所述第二反应器内；所述第一换热盘管的第一端与所述第一蒸汽透平机的入口连接，所述第一换热盘管的第二端与所述第二水泵的出口连接；所述第一蒸汽透平机的出口与所述第二换热盘管的第一端连接；所述第二换热盘管的第二端与所述第二蒸汽透平机的入口连接；所述第二蒸汽透平机的抽气口与所述混合加热器的加热蒸汽侧入口连接，所述第二蒸汽透平机的末级出口与所述第二换热器的热流体侧入口连接；所述第二换热器的热流体侧出口与所述第一水泵的入口连接；所述第一水泵的出口与所述混合加热器的冷凝水侧第一入口连接；所述混合加热器的出口与所述第二水泵的入口连接；
所述第一蒸汽透平机和所述第二蒸汽透平机连接；
所述第二蒸汽透平机与所述第二发电机连接；
所述储热换热子系统包括储热换热装置、第三换热盘管和第四换热盘管；
所述第三换热盘管的入口与所述第二换热盘管的出口连接，所述第三换热盘管的出口与所述混合加热器的冷凝水侧第二入口连接；
所述第四换热盘管的入口与冷水注入口连接，所述第四换热盘管的出口与热水和/或蒸汽输出口连接；
所述储热换热装置中设置有储热材料。
可选的，所述储热换热子系统包括至少两组储热换热模块，所述至少两组储热换热模块并联设置；
每组所述储热换热模块包括所述第三换热盘管和所述第四换热盘管。
可选的，所述储热换热模块还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；
其中，所述第一阀门设置于所述第三换热盘管的入口端；
所述第二阀门设置于所述第三换热盘管的出口端；
所述第三阀门设置于所述第四换热盘管的入口端；
所述第四阀门设置于所述第四换热盘管的出口端。
可选的，二氧化碳透平机与所述第一发电机同轴设置。
可选的，所述压缩机与所述电动机同轴设置。
可选的，所述第一蒸汽透平机、所述第二蒸汽透平机和所述第二发电机同轴设置。
可选的，所述电动机使用的驱动电能来自于风力发电机。
可选的，所述热化学能储热材料包括碳酸钙、碳酸钡以及碳酸锶中的至少一种。
可选的，所述储热材料包括相变储热材料。
可选的，所述相变储热材料包括复合碳酸盐以及硅-铝-铅合金中的至少一种。
本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统，将太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统以及储热换热子系统耦合设置，通过利用太阳能热化学循环子系统分别向蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统提供能量，可以保证蒸汽轮机发电循环子系统稳定的电力输出以及储热换热子系统稳定的热力供应，改变了现有技术中“以热定电”的捆绑模式。并且，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统，太阳能热化学循环子系统采用闭式循环，实现了二氧化碳的“零排放”，避免了开式循环系统中大量二氧化碳的存储问题。同时，与常规的火力发电系统相比，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统只利用太阳能、风能等清洁能源驱动，极大地节约了燃煤、燃油、或燃气等燃料成本。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种储热换热子系统的结构示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、太阳能热化学循环子系统；2、蒸汽轮机发电循环子系统；3、储热换热子系统；
11、聚光镜；12、第一反应器；13、气固分离器；14、第一二氧化碳储罐；15、氧化物储罐；16、二氧化碳透平机；17、第一发电机；18、第二二氧化碳储罐；19、电动机；110、压缩机；111、第三二氧化碳储罐；112、第一换热器；113、第二反应器；
21、第一换热盘管；22、第一蒸汽透平机；23、第二换热盘管；24、第二蒸汽透平机；25、第二发电机；26、第二换热器；27、第一水泵；28、混合加热器；29、第二水泵；
31、储热换热装置；32、第三换热盘管；33、第四换热盘管；34、储热材料；35、第一阀门；36、第二阀门；37、第三阀门；38、第四阀门；
A、储热换热模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统，如图1所示，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统可以包括：太阳能热化学循环子系统1、蒸汽轮机发电循环子系统2和储热换热子系统3；
太阳能热化学循环子系统1可以包括聚光镜11、第一反应器12、气固分离器13、第一二氧化碳储罐14、氧化物储罐15、二氧化碳透平机16、第一发电机17、第二二氧化碳储罐18、电动机19、压缩机110、第三二氧化碳储罐111、第一换热器112和第二反应器113；
其中，聚光镜11用于收集太阳光；第一反应器12中的太阳能入口与聚光镜11连接，第一反应器12的出口与气固分离器13连接；气固分离器13的气体出口与第一二氧化碳储罐14的入口连接，气固分离器13的固体出口与氧化物储罐15连接；第一二氧化碳储罐14的第一气体出口与二氧化碳透平机16连接，第一二氧化碳储罐14的第二气体出口与第一换热器112的热流体侧入口连接；氧化物储罐15的出口与第二反应器113的固体入口连接；二氧化碳透平机16的出口与第二二氧化碳储罐18的入口连接；第二二氧化碳储罐18的出口与压缩机110的入口连接；压缩机110的出口与第三二氧化碳储罐111的入口连接；第三二氧化碳储罐111的出口与第一换热器112的冷流体侧入口连接；第一换热器112的冷流体侧出口与第一反应器12的第一入口连接，第一换热器112的热流体侧出口与第二反应器113的气体入口连接；第二反应器113的出口与第一反应器12的第二入口连接；
二氧化碳透平机16与第一发电机17连接；
电动机19与压缩机110连接；
第一反应器12内设置有热化学能储热材料；
蒸汽轮机发电循环子系统2包括第一换热盘管21、第二换热盘管23、第一蒸汽透平机22、第二蒸汽透平机24、第二发电机25、第二换热器26、第一水泵27、混合加热器28和第二水泵29；
其中，第一换热盘管21和第二换热盘管23设置于第二反应器113内；第一换热盘管21的第一端与第一蒸汽透平机22的入口连接，第一换热盘管21的第二端与第二水泵29的出口连接；第一蒸汽透平机22的出口与第二换热盘管23的第一端连接；第二换热盘管23的第二端与第二蒸汽透平机24的入口连接；第二蒸汽透平机24的抽气口与混合加热器28的加热蒸汽侧入口连接，第二蒸汽透平机24的末级出口与第二换热器26的热流体侧入口连接；第二换热器26的热流体侧出口与第一水泵27的入口连接；第一水泵27的出口与混合加热器28的冷凝水侧第一入口连接；混合加热器28的出口与第二水泵29的入口连接；
第一蒸汽透平机22和第二蒸汽透平机24连接；
第二蒸汽透平机24与第二发电机25连接；
储热换热子系统3包括储热换热装置31、第三换热盘管32和第四换热盘管33；
第三换热盘管32的入口与第二换热盘管23的出口连接，第三换热盘管32的出口与混合加热器28的冷凝水侧第二入口连接；
第四换热盘管33的入口与冷水注入口连接，第四换热盘管33的出口与热水和/或蒸汽输出口连接；
储热换热装置31中设置有储热材料34。
对于太阳能热化学循环子系统，其具体的工艺流程如下：
第一反应器12内部设置有热化学储热材料，吸收聚光镜11收集的高温太阳能热量后发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳，实现热量的存储。高温的氧化物和高温高压的二氧化碳混合物通过管道进入气固分离器13，经过分离后，高温的氧化物通过管道进入氧化物储罐15，高温高压的二氧化碳通过管道进入第一二氧化碳储罐14。根据实际需求，一部分存储在第一二氧化碳储罐14内部的高温高压的二氧化碳通过管道进入二氧化碳透平机16，推动二氧化碳透平机16旋转做功，并带动第一发电机17发电。可以理解的是，这里的实际需求可以具体为电能的需求，可以根据电能的需求大小调节进入二氧化碳透平机16中的高温高压的二氧化碳气体。做功后的低温低压的二氧化碳由二氧化碳透平机16末级出口经管道进入第二二氧化碳储罐18。来自风力发电厂的电能驱动电动机19旋转，并带动压缩机110运行，存储在第二二氧化碳储罐18内部的低温低压的二氧化碳经管道进入压缩机110，经压缩后变为高压气体，其温度略有升高，然后进入第三二氧化碳储罐111。根据实际需求，一部分存储在第一二氧化碳储罐14内部的高温高压的二氧化碳经第一换热器112，与来自第三二氧化碳储罐111的低温高压二氧化碳进行热量交换后，温度、压力均有所降低(考虑第一换热器112管道阻力)，之后进入第二反应器113，同时，存储在氧化物储罐15内部的高温氧化物通过管道进入第二反应器113，在第二反应器113内部，氧化物和二氧化碳发生化合反应，生成对应的碳酸盐，并伴有大量的高温热量产生，温度接近1100℃，实现热量的释放。在第二反应器113内的二氧化碳气体，不仅作为化合反应的反应物，同时还可以调节第二反应器113内的温度和压强。生成的产物碳酸盐通过管道由第二反应器113进入第一反应器12，来自第三二氧化碳储罐111的低温高压二氧化碳，经第一换热器112与来自第一二氧化碳储罐14的高温高压二氧化碳进行热量交换后，温度有所升高，压力有所降低(考虑第一换热器112管道阻力)，之后进入第一反应器12，通过该二氧化碳气体调节第一反应器12中的温度和压强。在第一反应器12内部，碳酸盐吸收聚光镜11收集的高温太阳能热量后发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳，开始新一轮循环。
综上，本发明实施例提供的太阳能热化学循环子系统为闭式循环系统，子系统产生的二氧化碳自产自销，无需向外界排放，避开了现有技术开式循环系统中大量二氧化碳的存储问题。同时，本发明实施例提供的太阳能热化学循环子系统可以将太阳能转化为电能，与现有常规的火力发现系统相比，不仅节省了燃煤、燃油、或燃气等燃料成本，同时还避免了环境污染。
对于蒸汽轮机发电循环子系统，其具体的工艺流程如下：
经过第二水泵29加压输送的凝结水通过管道进入第一换热盘管21，吸收第二反应器113内部氧化物和二氧化碳化合反应放出的大量高温热量后，高温凝结水变为高温高压过热蒸汽，然后进入第一蒸汽透平机22膨胀做功，做功后的蒸汽称为“乏汽”，乏汽温度、压力均有所降低，乏汽由第一蒸汽透平机22排出后，经管道进入第二换热盘管23，再次吸收第二反应器113内部氧化物和二氧化碳化合反应放出的大量高温热量，温度、压力再次升高，然后一部分蒸汽进入第二蒸汽透平机24膨胀做功。第一蒸汽透平机22和第二蒸汽透平机24同步旋转，并带动第二发电机25发电。在第二蒸汽透平机24中做功后的乏汽经末级出口管道进入第二换热器26，进一步降温后的乏汽冷凝成凝结水，经第一水泵27抽送至混合加热器28；由第二蒸汽透平机24经抽气口抽出的蒸汽进入混合加热器28，与来自第一水泵27的凝结水混合后，经第二水泵26加压后进入第一换热盘管21，开始新一轮循环。
对于储热换热循环子系统，其具体的工艺流程如下：
第二换热盘管23的一部分蒸汽进入第三换热盘管32，进入第三换热盘管32的过热蒸汽，与储热换热装置31内部填充的储热材料34进行热量交换，放热后的过热蒸汽温度降低，之后转变为凝结水，经管道进入混合加热器28，而储热材料34吸热后温度升高，将热量存储起来，若外界热用户有用热需求，来自外界的冷水进入第四换热盘管33，与高温储热材料34进行热量交换，高温储热材料34放出热量，温度降低，冷水吸收热量，温度升高后变为热水或蒸汽，由第四换热盘管33出口排出。
综上，本发明实施例提供的储热换热子系统，与蒸汽轮机发电循环子系统并联设置，在有额外的热量需求时，通过使用储热换热装置存储的来自太阳能热化学循环子系统产生的热量，将外界的冷水加热成热水或者蒸汽，无需通过减少蒸汽轮机发电循环子系统的输出电量来增加热能需求，实现了独立、稳定的电力输出和热力供应，解决了现有技术中“以热定电”的捆绑模式，电力和热力不再是此消彼长的关系，提高了电力系统的稳定性。
结合上述太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统的描述可知，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统，将太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统以及储热换热子系统耦合设置，通过利用太阳能热化学循环子系统分别向蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统提供能量，可以保证蒸汽轮机发电循环子系统稳定的电力输出以及储热换热子系统稳定的热力供应，改变了现有技术中“以热定电”的捆绑模式。并且，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统，太阳能热化学循环子系统采用闭式循环，实现了二氧化碳的“零排放”，避免了开式循环系统中大量二氧化碳的存储问题。同时，与常规的火力发电系统相比，本发明实施例提供的基于太阳能热化学储能的热电联供系统只利用太阳能、风能等清洁能源驱动，极大地节约了燃煤、燃油、或燃气等燃料成本。
可选的，图2是本发明实施例提供的一种储热换热子系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的储热换热子系统可以包括多个储热换热模块A，如图中虚线部分所示，图2仅以储热换热子系统包括三个储热换热模块A为例进行说明。继续参考图2，多个储热换热模块A并联设置，且每个储热换热模块A均可以包括第三换热盘管32和第四换热盘管33。多个储热换热模块A并联设置，可以根据外界热用户用热需求确定储热换热模块A的数量，保证储热换热子系统灵活设置。
可选的，继续参考图2所示，本发明实施例提供的储热换热模块A还可以包括第一阀门35、第二阀门36、第三阀门37和第四阀门38，其中，所述第一阀门35设置于第三换热盘管32的入口端，第二阀门36设置于第三换热盘管32的出口端，第三阀门37设置于第四换热盘管33的入口端，第四阀门38设置于第四换热盘管33的出口端。根据外界热用户用热需求确定储热换热模块A的数量时，可以通过关闭第一阀门35、第二阀门36、第三阀门37和第四阀门38的方式设置储热换热子系统中储热换热模块A的数量。同时，当某一储热换热模块A发生故障时，同时关闭储热换热模块A两侧的第一阀门35、第二阀门36、第三阀门37和第四阀门38后，可以进行该储热换热模块A的在线检修，而其它储热换热模块A仍可以正常工作，以保证整套系统的连续运行，维持稳定的热力供应。
可选的，继续参考图1所示，二氧化碳透平机16与第一发电机17可以同轴设置，保证二氧化碳透平机16内的高温高压二氧化碳气体膨胀做功可以尽可能多的转化为电能，提升能量转换效率。
可选的，继续参考图1，压缩机110与电动机19可以同轴设置，保证电动机19产生的能量可以尽可能多的将压缩机110的二氧化碳进行压缩，提升能量转换效率。
可选的，电动机19使用的驱动电能可以来自于风力发电机，与常规的火力发电机相比，本发明实施例提供的驱动电能来自于清洁能源，极大地节约了燃煤、燃油、或燃气等燃料成本，节能环保。
可选的，继续参考图1，第一蒸汽透平机22、第二蒸汽透平机24和第二发电机25可以同轴设置，保证第一蒸汽透平机22和第二蒸汽透平机24内的高温高压气体膨胀做功可以尽可能多的转化为电能，提升能量转换效率。
可选的，所述热化学能储热材料包括碳酸钙、碳酸钡以及碳酸锶中的至少一种。
可选的，所述储热材料34包括相变储热材料，所述相变储热材料包括复合碳酸盐以及硅-铝-铅合金中的至少一种。例如，所述复合碳酸盐可以为Na2CO3/Li2CO3的混合物，其中Na2CO3和Li2CO3的质量配比可以为56:44；所述硅-铝-铅合金中硅-铝-铅的质量比可以为9.4:86.4:4.2。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统，其特征在于，包括太阳能热化学循环子系统、蒸汽轮机发电循环子系统和储热换热子系统；
所述太阳能热化学循环子系统包括聚光镜、第一反应器、气固分离器、第一二氧化碳储罐、氧化物储罐、二氧化碳透平机、第一发电机、第二二氧化碳储罐、电动机、压缩机、第三二氧化碳储罐、第一换热器和第二反应器；
其中，所述聚光镜用于收集太阳光；所述第一反应器中的太阳能入口与所述聚光镜连接，所述第一反应器的出口与所述气固分离器连接；所述气固分离器的气体出口与所述第一二氧化碳储罐的入口连接，所述气固分离器的固体出口与所述氧化物储罐连接；所述第一二氧化碳储罐的第一气体出口与所述二氧化碳透平机连接，所述第一二氧化碳储罐的第二气体出口与所述第一换热器的热流体侧入口连接；所述氧化物储罐的出口与所述第二反应器的固体入口连接；所述二氧化碳透平机的出口与所述第二二氧化碳储罐的入口连接；所述第二二氧化碳储罐的出口与所述压缩机的入口连接；所述压缩机的出口与所述第三二氧化碳储罐的入口连接；所述第三二氧化碳储罐的出口与所述第一换热器的冷流体侧入口连接；所述第一换热器的冷流体侧出口与所述第一反应器的第一入口连接，所述第一换热器的热流体侧出口与所述第二反应器的气体入口连接；所述第二反应器的出口与所述第一反应器的第二入口连接；
所述二氧化碳透平机与所述第一发电机连接；
所述电动机与所述压缩机连接；
所述第一反应器内设置有热化学能储热材料；
所述蒸汽轮机发电循环子系统包括第一换热盘管、第二换热盘管、第一蒸汽透平机、第二蒸汽透平机、第二发电机、第二换热器、第一水泵、混合加热器和第二水泵；
其中，所述第一换热盘管和所述第二换热盘管设置于所述第二反应器内；所述第一换热盘管的第一端与所述第一蒸汽透平机的入口连接，所述第一换热盘管的第二端与所述第二水泵的出口连接；所述第一蒸汽透平机的出口与所述第二换热盘管的第一端连接；所述第二换热盘管的第二端与所述第二蒸汽透平机的入口连接；所述第二蒸汽透平机的抽气口与所述混合加热器的加热蒸汽侧入口连接，所述第二蒸汽透平的末级出口与所述第二换热器的热流体侧入口连接；所述第二换热器的热流体侧出口与所述第一水泵的入口连接；所述第一水泵的出口与所述混合加热器的冷凝水侧第一入口连接；所述混合加热器的出口与所述第二水泵的入口连接；
所述第一蒸汽透平机和所述第二蒸汽透平机连接；
所述第二蒸汽透平机与所述第二发电机连接；
所述储热换热子系统包括储热换热装置、第三换热盘管和第四换热盘管；
所述第三换热盘管的入口与所述第二换热盘管的出口连接，所述第三换热盘管的出口与所述混合加热器的冷凝水侧第二入口连接；
所述第四换热盘管的入口与冷水注入口连接，所述第四换热盘管的出口与热水和/或蒸汽输出口连接；
所述储热换热装置中设置有储热材料。
2.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述储热换热子系统包括至少两组储热换热模块，所述至少两组储热换热模块并联设置；
每组所述储热换热模块包括所述第三换热盘管和所述第四换热盘管。
3.根据权利要求2所述的热电联供系统，其特征在于，所述储热换热模块还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；
其中，所述第一阀门设置于所述第三换热盘管的入口端；
所述第二阀门设置于所述第三换热盘管的出口端；
所述第三阀门设置于所述第四换热盘管的入口端；
所述第四阀门设置于所述第四换热盘管的出口端。
4.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述二氧化碳透平机与所述第一发电机同轴设置。
5.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述压缩机与所述电动机同轴设置。
6.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述第一蒸汽透平机、所述第二蒸汽透平机和所述第二发电机同轴设置。
7.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述电动机使用的驱动电能来自于风力发电机。
8.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述热化学能储热材料包括碳酸钙、碳酸钡以及碳酸锶中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述储热材料包括相变储热材料。
10.根据权利要求9所述的热电联供系统，其特征在于，所述相变储热材料包括复合碳酸盐以及硅-铝-铅合金中的至少一种。
CN201810650665.5A 2018-06-22 2018-06-22 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统 Active CN108800628B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810650665.5A CN108800628B (zh) 2018-06-22 2018-06-22 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810650665.5A CN108800628B (zh) 2018-06-22 2018-06-22 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108800628A CN108800628A (zh) 2018-11-13
CN108800628B true CN108800628B (zh) 2020-01-10

Family

ID=64084409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810650665.5A Active CN108800628B (zh) 2018-06-22 2018-06-22 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108800628B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109959177A (zh) * 2019-02-01 2019-07-02 南京航空航天大学 一种热化学储能系统
CN110030049B (zh) * 2019-04-16 2024-04-05 华南理工大学 一种氨基太阳能热化学循环发电系统及其工作方法
CN113701368B (zh) * 2021-08-31 2022-06-03 南京工业大学 一种氢氧化钙热化学储能系统及其应用方法
CN113686032B (zh) * 2021-08-31 2022-06-03 南京工业大学 一种氢氧化钙热化学储能反应器及其储能方法
CN219083857U (zh) * 2021-11-23 2023-05-26 洛阳瑞昌环境工程有限公司 一种热化学蓄热储能供热系统
CN114152129A (zh) * 2021-12-29 2022-03-08 中国科学院工程热物理研究所 一种集热化学存储与聚光集热一体化的空气储能系统
CN114483230A (zh) * 2022-01-14 2022-05-13 中国科学院理化技术研究所 耦合有太阳能蓄热和火电余热的二氧化碳储能调峰系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004029420A1 (de) * 2002-09-24 2004-04-08 Josef Laufenberg Verfahren und vorrichtungen zur umwandlung von wärme in kraft mit wärmerückübertragungen
WO2014127913A2 (en) * 2013-02-21 2014-08-28 Faramarz Bairamijamal High pressure process for co2 capture, utilization for heat recovery, power cycle, super-efficient hydrogen based fossil power generation and conversion of liquid co2 with water to syngas and oxygen
CN105114138A (zh) * 2015-08-12 2015-12-02 中国科学院工程热物理研究所 一种低温储能发电系统及其运行方法
CN107084103A (zh) * 2017-06-22 2017-08-22 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 一种以二氧化碳为储热及做功工质的塔式太阳能光热发电系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004029420A1 (de) * 2002-09-24 2004-04-08 Josef Laufenberg Verfahren und vorrichtungen zur umwandlung von wärme in kraft mit wärmerückübertragungen
WO2014127913A2 (en) * 2013-02-21 2014-08-28 Faramarz Bairamijamal High pressure process for co2 capture, utilization for heat recovery, power cycle, super-efficient hydrogen based fossil power generation and conversion of liquid co2 with water to syngas and oxygen
CN105114138A (zh) * 2015-08-12 2015-12-02 中国科学院工程热物理研究所 一种低温储能发电系统及其运行方法
CN107084103A (zh) * 2017-06-22 2017-08-22 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 一种以二氧化碳为储热及做功工质的塔式太阳能光热发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108800628A (zh) 2018-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108800628B (zh) 一种基于太阳能热化学储能的热电联供系统
CN205356219U (zh) 一种风光气储互补的热电联产系统
CN110849023B (zh) 一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统及方法
CN102435000B (zh) 一种基于氨水混合工质的太阳能冷电联供系统
CN102088099B (zh) 一种固体氧化物燃料电池驱动的冷热电联供循环系统
CN106224041A (zh) 一种电热储能系统
CN111075671A (zh) 一种耦合集成太阳能、超临界二氧化碳和压缩空气储能的发电系统
CN110030770A (zh) 一种太阳能光伏/光热耦合生物质分布式能源系统
CN112762424B (zh) 一种基于储热和压缩式热泵相结合的太阳能热电解耦系统及其运行方法
CN113446757B (zh) 基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统
CN113644864A (zh) 基于压缩二氧化碳储能的月球基地能源供给系统及方法
CN215170241U (zh) 一种火电厂储能调峰耦合系统
CN105089849A (zh) 排气余热温差热电系统
CN102061994A (zh) 中低温太阳热能品位间接提升方法及装置
CN114413503B (zh) 可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统及运行方法
CN106523155B (zh) 一种基于太阳能燃气轮机系统的化学式回收水方法与装置
CN201246193Y (zh) 利用太阳能及空气热能提取技术蓄热发电的装置
CN216788625U (zh) 一种太阳能能量转换储能供电系统
CN110108045A (zh) 一种太阳能供能装置
CN206054019U (zh) 一种电热储能发电系统
CN114934843A (zh) 一种多能源高效互补集成的双压orc联合循环发电系统
CN113803156A (zh) 一种orc-喷射式制冷装置的冷热电联供系统
CN114963281B (zh) 一种储能系统与燃煤机组耦合的热电联产系统及运行方法
CN113824139B (zh) 一种火电厂的卡诺电池储能改造方法及装置
CN114183937B (zh) 一种多能互补分布式能源系统及其调控方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant