CN110242522A - 一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统及方法，该系统包括集热器，集热器的与换热器相连通，换热器与换热回路压缩机相连通，换热回路压缩机与集热器相连通，储能换热器的壳程与集热器的相连通，储能换热器的壳程与换热回路压缩机的相连通，储能换热器的管程与二氧化碳储罐相连通，二氧化碳储罐与储能工质压缩机相连通，储能工质压缩机与储能换热器的管程相连通，换热器冷侧与透平相连通，透平与冷却器热侧相连通，冷却器与发电回路压缩机相连通，发电回路压缩机与换热器相连通，换热器与储能回路压缩机相连通，储能回路压缩机与储能换热器壳程相连通。该系统能够实现热化学储能和太阳能光热发电有机的结合。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统及方法。
背景技术
热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，在储能反应中，储能材料吸收热量分解成两种物质单独储存，当需要供能时，两种物质充分接触发生反应，将储存的化学能转化为热能并释放出来。热化学储能密度和效率高，适用于太阳能热能的高温高密度储存。热化学储能的体积和重量储能密度远高于显热或者相变蓄热，储能载体可以在常温下长期储存，热化学储能通常可以得到高品位热能，大多数热化学储能载体安全、无毒、价格低廉，而且便于处理。其中，碳酸化合物的分解是一种常见的热化学储能体系，储能密度高，无副反应，原料来源丰富。
太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能用于发电时一般都需要使用储能等技术。
超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，是环保、清洁的天然工质流体。以超临界二氧化碳为工质的发电技术也是目前国际上新型、高效的发电技术之一。
在我国西北地区，太阳能资源丰富，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将碳酸化合物热化学储能、太阳能光热发电、超临界二氧化碳布雷顿循环发电进行有机的结合，会对太阳能光热发电带来巨大变化。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统及方法，将热化学储能与太阳能光热发电相结合，能够实现对太阳能进行平稳持续的利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，包括集热器2，集热器2的出口与换热器4热侧的入口相连通，换热器4热侧出口与换热回路压缩机5入口相连通，换热回路压缩机5出口与集热器2入口相连通；
集热器2的出口与储能换热器7的壳程入口相连通，储能换热器7的壳程出口与换热回路压缩机5的入口相连通，储能换热器7的管程出口与二氧化碳储罐8入口相连通，二氧化碳储罐8出口与储能工质压缩机9入口相连通，储能工质压缩机9出口与储能换热器7的管程入口相连通。
所述的换热器4冷侧出口与透平14入口相连通，透平14出口与冷却器16热侧入口相连通，冷却器16热侧出口与发电回路压缩机17入口相连通，发电回路压缩机17出口与换热器4冷侧入口相连通。
所述换热器4热侧出口与储能回路压缩机13入口相连通，储能回路压缩机13出口与储能换热器7壳程出口相连通。
所述的集热器2对应位置设置有用于将太阳光聚焦于集热器2上的镜场1。
所述的集热器2的出口与换热器4热侧的入口之间设置有换热回路阀门3，换热回路阀门3与储能换热器7的壳程入口之间设置有储能回路入口阀6。
所述的储能换热器7的壳程出口与换热回路压缩机5的入口之间设置有储能回路出口阀11。
所述的储能回路压缩机13出口与储能换热器7壳程出口之间设置有储能回路逆向阀12。
所述的储能工质压缩机9出口与储能换热器7的管程入口之间设置有储能工质入口阀10。
一种基于热化学储能的太阳能光热发电方法，包括以下步骤；
当太阳辐射充足时，经过集热器2加热的二氧化碳一部分进入储能换热器7壳程，储能换热器7管程的储能介质碳酸盐吸热分解，生成的金属氧化物留在管程，生成的二氧化碳进入二氧化碳储罐8，储能换热器7壳程经过换热后的二氧化碳进入换热回路压缩机5；
当没有太阳辐射时，将二氧化碳储罐8中的二氧化碳通过储能工质压缩机9加压后进入储能换热器7管程，与金属氧化物反应生成碳酸盐，释放热量，经过储能回路压缩机9加压后的二氧化碳反向流经储能换热器7壳程，带走反应释放的热量，经加热后的二氧化碳进入换热器4热侧，与冷侧的二氧化碳工质换热，换热器4热侧的二氧化碳在换热后回到储能回路压缩机13加压，完成循环，冷侧的二氧化碳工质被加热后经过透平14，推动透平14做功，拖动发电机15发电，做功后的二氧化碳经过冷却器16冷却后，通过发电回路压缩机17送入换热器4继续吸热，完成循环。
本发明的有益效果：
本发明所述的基于热化学储能的太阳能光热发电系统在具体工作时，通过集热器利用太阳能对二氧化碳进行加热，并将一部分二氧化碳送入到储能换热器壳程中，管程中的储能介质碳酸盐受热后分解，吸收了热量。在太阳辐射不足时，将二氧化碳送入管程中与碳酸盐分解后的金属氧化物反应，生成碳酸盐，释放出热量，从而实现热化学储能和太阳能光热发电的有机结合。
另外，需要说明的是，本发明将二氧化碳作为换热介质、发电工质和储能反应工质，减少了发电系统中介质和工质的种类，便于统筹管理。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中，1为镜场、2为集热器、3为换热回路阀门、4为换热器、5为换热回路压缩机、6为储能回路入口阀、7为储能换热器、8为二氧化碳储罐、9为储能工质压缩机、10为储能工质入口阀、11为储能回路出口阀、12为储能回路逆向阀、13储能回路压缩机、14透平、15发电机、16冷却器、17发电回路压缩机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考图1，本发明所述的基于热化学储能的太阳能光热发电系统，包括集热器2、换热器4、储能换热器7、二氧化碳储罐8、透平14、发电机15、冷却器16、换热回路压缩机5、发电回路压缩机17、储能回路压缩机13。集热器2的出口与换热器4热侧的入口相连通，换热器4热侧的出口与换热回路压缩机5入口相连通，换热回路压缩机5出口与集热器2入口相连通。
储能换热器7的壳程入口与集热器2的出口相连通，储能换热器7的壳程出口与换热回路压缩机5的入口相连通，储能换热器4的管程出口与二氧化碳储罐8入口相连通，二氧化碳储罐8出口与储能工质压缩机9入口相连通，储能工质压缩机9出口与储能换热器7的管程入口相连通。
换热器4冷侧出口与透平14入口相连通，透平14出口与冷却器16热侧入口相连通，冷却器16热侧出口与发电回路压缩机17入口相连通，发电回路压缩机17出口与换热器4冷侧入口相连通。换热器4热侧出口与储能回路压缩机13入口相连通，储能回路压缩机13出口与储能换热器7壳程出口相连通。
作为本发明的优选实施方式，本发明还包括换热回路阀门3、储能回路入口阀6、储能回路出口阀11、储能工质入口阀10、储能回路逆向阀12。
镜场1将太阳光聚集到集热器2上，加压后的二氧化碳经过集热器2后成为高温高压二氧化碳，经过换热回路阀门3后，进入换热器4的热侧进行换热，换热之后的二氧化碳进入换热回路压缩机5重新加压，进入集热器2。在换热器4中经过加热后的二氧化碳工质进入透平14做功，透平拖动发电机15转动发电，做功后的二氧化碳经过冷却器16冷却后，进入发电回路压缩机17进行加压，之后进入换热器4换热。
当太阳能辐照充足时，打开储能回路入口阀6和储能回路出口阀11，关闭储能工质入口阀10和储能回路逆向阀12，高温高压二氧化碳经过储能回路入口阀6进入储能换热器7的壳程，换热后经过储能回路出口阀11，进入换热回路压缩机5，加压后进入集热器2吸热。储能换热器7管程的储能介质吸热后发生分解反应，生成的金属氧化物留在管程，生成的二氧化碳进入二氧化碳储罐8。
当太阳能辐照不足时，关闭换热回路阀门3、储能回路出口阀11和换热回路压缩机5，打开储能回路逆向阀12、储能工质入口阀10、储能回路压缩机13和储能工质压缩机9，二氧化碳储罐8中的二氧化碳经过储能工质压缩机9后加压后经过储能工质入口阀10后进入储能换热器7的管程，管程中的金属氧化物与二氧化碳反应，放出热量。储能换热器7壳程中的二氧化碳吸热后经过储能回路入口阀6后，进入换热器4，换热后的二氧化碳经过储能回路压缩机13加压后通过储能回路逆向阀12进入储能换热器7壳程继续吸热。
需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如换热回路压缩机5和储能回路压缩机13的类型等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。
Claims (9)
1.一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，包括集热器(2)，集热器(2)的出口与换热器(4)热侧的入口相连通，换热器(4)热侧出口与换热回路压缩机(5)入口相连通，换热回路压缩机(5)出口与集热器(2)入口相连通；
集热器(2)的出口与储能换热器(7)的壳程入口相连通，储能换热器(7)的壳程出口与换热回路压缩机(5)的入口相连通，储能换热器(7)的管程出口与二氧化碳储罐(8)入口相连通，二氧化碳储罐(8)出口与储能工质压缩机(9)入口相连通，储能工质压缩机(9)出口与储能换热器(7)的管程入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的换热器(4)冷侧出口与透平(14)入口相连通，透平(14)出口与冷却器(16)热侧入口相连通，冷却器(16)热侧出口与发电回路压缩机(17)入口相连通，发电回路压缩机(17)出口与换热器(4)冷侧入口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述换热器(4)热侧出口与储能回路压缩机(13)入口相连通，储能回路压缩机(13)出口与储能换热器(7)壳程出口相连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的集热器(2)对应位置设置有用于将太阳光聚焦于集热器(2)上的镜场(1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的集热器(2)的出口与换热器(4)热侧的入口之间设置有换热回路阀门(3)，换热回路阀门(3)与储能换热器(7)的壳程入口之间设置有储能回路入口阀(6)。
6.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的储能换热器(7)的壳程出口与换热回路压缩机(5)的入口之间设置有储能回路出口阀(11)。
7.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的储能回路压缩机(13)出口与储能换热器(7)壳程出口之间设置有储能回路逆向阀(12)。
8.根据权利要求1所述的一种基于热化学储能的太阳能光热发电系统，其特征在于，所述的储能工质压缩机(9)出口与储能换热器(7)的管程入口之间设置有储能工质入口阀(10)。
9.一种基于热化学储能的太阳能光热发电方法，其特征在于，包括以下步骤；
当太阳辐射充足时，经过集热器(2)加热的二氧化碳一部分进入储能换热器(7)壳程，储能换热器(7)管程的储能介质碳酸盐吸热分解，生成的金属氧化物留在管程，生成的二氧化碳进入二氧化碳储罐(8)，储能换热器(7)壳程经过换热后的二氧化碳进入换热回路压缩机(5)；
当没有太阳辐射时，将二氧化碳储罐(8)中的二氧化碳通过储能工质压缩机(9)加压后进入储能换热器(7)管程，与金属氧化物反应生成碳酸盐，释放热量，经过储能回路压缩机(9)加压后的二氧化碳反向流经储能换热器(7)壳程，带走反应释放的热量，经加热后的二氧化碳进入换热器(4)热侧，与冷侧的二氧化碳工质换热，换热器(4)热侧的二氧化碳在换热后回到储能回路压缩机(13)加压，完成循环，冷侧的二氧化碳工质被加热后经过透平(14)，推动透平(14)做功，拖动发电机(15)发电，做功后的二氧化碳经过冷却器(16)冷却后，通过发电回路压缩机(17)送入换热器(4)继续吸热，完成循环。
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