CN114623608A - 一种用于多联产的聚光光伏热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多联产的聚光光伏热系统，涉及聚光光伏热系统技术领域，包括聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统、热交换子系统和电解子系统；将聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统和热交换子系统依次首尾连通，以构成第一热循环回路；聚光光伏热子系统还与电解子系统连通；聚光光伏热子系统，用于：将光能转换为电能和热能；将热能传输至制冷子系统；卡琳娜循环子系统，用于：将制冷子系统传输的第一热能转换为电能；将第二热能传输至热交换子系统；电解子系统用于根据第一电能进行电解制氢。本发明集成了卡琳娜循环和聚光光伏热混合系统，不仅实现了多联产，还提高了整个系统的发电量。

Description

一种用于多联产的聚光光伏热系统
技术领域
本发明涉及聚光光伏热系统技术领域，特别是涉及一种用于多联产的聚光光伏热系统。
背景技术
聚光光伏热(Concentrated Photovoltaic thermal，CPVT)混合系统的开发大大提高了太阳能的有效利用率，使用CPVT系统可使整个系统效率达到80％。Daneshazarian等人介绍了CPVT系统的理论性能和应用，分析了浓缩比和浓缩器类型对系统效率、性能和运行的影响。此外，Karathanssis等人在实验上设计并评估了CPVT系统和高效冷却系统，研究了CPVT系统的火用优化和动态模拟。
另外，使用多联产系统代替传统的发电循环已被证明是利用能源的有效方式，可通过低品位能源生产的集成，增加/改善多联产系统的火用和能量性能。通过对太阳能和太阳能混合热源驱动的多联产系统的全面审查表明，不同的配置、设计和选择需要不同的经济、热力学和环境因素。
但是，燃气和蒸汽循环等动力循环通常在350℃及以上的高温下运行，这使得低品位热量发电变得困难或无法实现；再加上多联产CPVT系统的能源利用效率、发电量和火用效率仍有待提高，因此，亟需一种新型的用于多联产的聚光光伏热系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于多联产的聚光光伏热系统，通过集成卡琳娜循环和聚光光伏热混合系统，不仅实现多联产，还提高了整个系统的发电量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于多联产的聚光光伏热系统，包括聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统、热交换子系统和电解子系统；
将所述聚光光伏热子系统、所述制冷子系统、所述卡琳娜循环子系统和所述热交换子系统依次首尾连通，以构成第一热循环回路；所述第一热循环回路中设置有导热剂；
所述聚光光伏热子系统还与所述电解子系统连通；
所述聚光光伏热子系统，用于：
将光能转换为电能和热能；所述电能至少包括第一电能；
将所述热能传输至所述制冷子系统；
所述卡琳娜循环子系统，用于：
将所述制冷子系统传输的第一热能转换为电能；
将第二热能传输至所述热交换子系统；所述第二热能为所述第一热能转换成电能后剩余的热能；
所述电解子系统用于根据所述第一电能进行电解制氢。
可选地，所述卡琳娜循环子系统包括分离器、涡轮、混合器、第一冷凝器、第一膨胀阀、进料泵、预热器和第一蒸发器；
所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端连通；所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端的连通管道内设置有工作流体；所述蒸发器用于将所述导热剂的热能转移至所述工作流体中；所述导热剂的热能为所述第一热能；
所述分离器用于将所述工作流体分离为汽态流体和液态流体，并将所述汽态流体输送至所述涡轮，将所述液态流体输送至所述第一膨胀阀；所述涡轮用于利用所述汽态流体发电；
所述涡轮的输出端与所述混合器的第一输入端连通；所述第一膨胀阀的输出端与所述混合器的第二输入端连通，所述混合器的输出端与所述第一冷凝器的输入端连通；
所述第一冷凝器的输出端通过所述进料泵与所述预热器的第一输入端连通，所述预热器的第一输出端与所述第一蒸发器的第一输入端连通；
所述制冷子系统与所述第一蒸发器的第二输入端连通，所述第一蒸发器的第二输出端与所述预热器的第二输入端连通，所述预热器的第二输出端与所述热交换子系统连通。
可选地，所述工作流体为NH3H2O。
可选地，所述制冷子系统包括发电机、第二冷凝器、第二蒸发器、第二膨胀阀、吸收器和溶液交换器；
所述发电机的第一输入端用于接收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的热能；
所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端连通，所述第二冷凝器的输出端通过所述第二膨胀阀与所述第二蒸发器的输入端连通，所述第二蒸发器的输出端与所述吸收器的第一输入端连通；
所述吸收器与所述溶液交换器双向连通，所述溶液交换器还与所述发电机双向连通；
所述发电机的第二输出端与所述卡琳娜循环子系统连通。
可选地，所述制冷子系统还包括第三膨胀阀和循环泵；
所述吸收器的第一输出端通过所述循环泵与所述溶液交换器的第一输入端连通，所述溶液交换器的第一输出端与所述发电机连通；
所述发电机的第三输出端与所述溶液交换器的第二输入端连通，所述溶液交换器的第二输出端通过所述第三膨胀阀与所述吸收器的第二输入端连通。
可选地，所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端的连通管道内设置的流体为LiBrH2O。
可选地，所述电解子系统包括质子交换膜电解槽。
可选地，所述聚光光伏热子系统包括定日镜场和光伏组件；
所述定日镜场用于将太阳光反射聚集到所述光伏组件；
所述光伏组件用于利用所述太阳光进行发电，以产生电能和热能。
可选地，所述制冷子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的35％的热能；所述卡琳娜循环子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的50％的热能；所述热交换子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的15％的热能。
可选地，所述第一电能占所述电能的百分比为10％。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过将聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统、热交换子系统依次首尾连通构成第一热循环回路，聚光光伏热子系统还与电解子系统连通，以得到一个能够制氢、发电、通过热交换得到热水或者热空气的多联产系统，提高整个系统的能量和火用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于多联产的聚光光伏热系统的结构示意图；
图2为现有的CPVT多联产系统的结构示意图；
图3为不同聚光比的CPVT热电生产产量对比图；
图4为多联产子系统在不同聚光比下的性能对比图；
图5为聚光对CO2、SOx、NOx排放的影响对比图；
图6为子系统在不同环境温度下的火用性能对比图；
图7为不同温度下配置1的多联产及火用性能对比图；
图8为不同温度下配置2的多联产及火用性能对比图；
图9为不同温度下配置1的联产火用性能对比图；
图10为不同温度下配置2的联产火用性能对比图；
图11为不同温度下配置1的三联产火用性能对比图；
图12为不同温度下配置2的三联产火用性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于多联产的聚光光伏热系统，通过将卡琳娜(Kalina)循环系统与聚光光伏热(CPVT)系统中的热空气室融合，开发得到一个具有高性能的多联产CPVT系统，能够实现制氢、热空气生产、热水生产和冷却效应，提高整个系统的能量和火用效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种用于多联产的聚光光伏热系统，包括聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统、热交换子系统和电解子系统。将所述聚光光伏热子系统、所述制冷子系统、所述卡琳娜循环子系统和所述热交换子系统依次首尾连通，以构成第一热循环回路；所述第一热循环回路中设置有导热剂。具体地，所述热交换子系统为热水子系统。
所述聚光光伏热子系统，用于：将光能转换为电能和热能；将所述热能传输至所述制冷子系统。所述电能至少包括第一电能。所述聚光光伏热子系统还与所述电解子系统连通，所述电解子系统用于根据所述第一电能进行电解制氢。具体地，所述电解子系统包括质子交换膜(PEM)电解槽。
所述卡琳娜循环子系统，用于：将所述制冷子系统传输的第一热能转换为电能；将第二热能传输至所述热交换子系统。所述第二热能为所述第一热能转换成电能后剩余的热能。具体地，所述卡琳娜循环子系统包括分离器、涡轮、混合器、第一冷凝器、第一膨胀阀、进料泵、预热器和第一蒸发器。
所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端连通；所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端的连通管道内设置有工作流体NH3H2O；所述蒸发器用于将所述导热剂的热能转移至所述工作流体NH3H2O中；所述导热剂的热能为所述第一热能。所述分离器用于将所述工作流体分离为汽态流体和液态流体，并将所述汽态流体输送至所述涡轮，将所述液态流体输送至所述第一膨胀阀；所述涡轮用于利用所述汽态流体发电。
所述涡轮的输出端与所述混合器的第一输入端连通；所述第一膨胀阀的输出端与所述混合器的第二输入端连通，所述混合器的输出端与所述第一冷凝器的输入端连通。所述第一冷凝器的输出端通过所述进料泵与所述预热器的第一输入端连通，所述预热器的第一输出端与所述第一蒸发器的第一输入端连通。
所述制冷子系统与所述第一蒸发器的第二输入端连通，所述第一蒸发器的第二输出端与所述预热器的第二输入端连通，所述预热器的第二输出端与所述热交换子系统连通。
进一步地，所述制冷子系统、所述第一蒸发器的第二输入端、所述第一蒸发器的第二输出端、所述预热器的第二输入端、所述预热器的第二输出端与所述热交换子系统之间的连通管道，与所述预热器的第一输入端、所述预热器的第一输出端、所述第一蒸发器的第一输入端、所述第一蒸发器的第一输出端之间的连通管道，是相互独立的，并且前者的管道内流通有导热剂，后者的管道内流通有工作流体NH3H2O。
在一个具体实施例中，所述卡琳娜循环子系统的具体工作过程如下：
工作流体NH3H2O以饱和混合物的状态离开第一蒸发器，进入分离器。通常情况下，饱和混合物的质量是热源温度、工作流体压力和工作流体混合物中氨浓度的函数。工作流体在分离器中被分离成两种不同的流体：富含氨的饱和蒸汽混合物和没有蒸发的氨水(较弱的氨水混合物)。富含氨的饱和蒸汽混合物通过分离器进入涡轮，在涡轮中进行等熵膨胀并做功；没有蒸发的氨水(较弱的氨水混合物)离开分离器到膨胀阀，在进入混合器之前被减压。混合器也作为吸收器，经过涡轮输出的热饱和混合物与经过膨胀阀输出的较弱的氨混合物混合，两者重新结合后的溶液离开混合器进入冷凝器，进行热能的转移，从而得到热空气。从冷凝器离开的溶液经过进料泵，通过进料泵对工作流体混合物等熵加压；加压后的氨-水混合物在预热器中预热后进入蒸发器，再次重复上述步骤。
优选地，所述制冷子系统包括发电机、第二冷凝器、第二蒸发器、第二膨胀阀、吸收器和溶液交换器。所述发电机利用聚光光伏热子系统传输过来的热能进行发电，然后为溶液交换器供电；所述发电机的第一输入端用于接收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的热能；所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端连通，所述第二冷凝器的输出端通过所述第二膨胀阀与所述第二蒸发器的输入端连通，所述第二蒸发器的输出端与所述吸收器的第一输入端连通。所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端的连通管道内设置的流体为LiBrH2O。
所述吸收器与所述溶液交换器双向连通，所述溶液交换器还与所述发电机双向连通；所述发电机的第二输出端与所述卡琳娜循环子系统连通。进一步地，所述制冷子系统还包括第三膨胀阀和循环泵；所述吸收器的第一输出端通过所述循环泵与所述溶液交换器的第一输入端连通，所述溶液交换器的第一输出端与所述发电机连通；所述发电机的第三输出端与所述溶液交换器的第二输入端连通，所述溶液交换器的第二输出端通过所述第三膨胀阀与所述吸收器的第二输入端连通。
在一个具体实施例中，制冷子系统为单效吸收式制冷系统，具体工作步骤如下：
以LiBrH2O为工作流体，将来自聚光光伏热子系统的热能用于吸收器和发电机中的吸收剂分离得到蒸汽状态的工作流体LiBrH2O，蒸汽状态的工作流体LiBrH2O在冷凝器中冷凝，然后在膨胀阀中膨胀，再被送到蒸发器。在蒸发器中进行热量交换，实现冷却。然后，在吸收器中将第二蒸发器输出的强溶液与溶液交换器输出的水蒸气通过吸收过程混合在一起。本实施例中，设置溶液交换器(S.EX)与单效吸收制冷系统合并，用于可再生目的。
优选地，所述聚光光伏热子系统包括15450m2定日镜场和光伏组件。所述定日镜场用于将太阳光反射聚集到所述光伏组件；所述光伏组件用于利用所述太阳光进行发电，以产生电能和热能。所述光伏组件为光伏电池。具体地，太阳辐射通过定日镜场集中在CPVT板上，产生的热量通过表面的汽泡形核，借助于传热系统的光伏组件进行分配，生产出的电能和热能用于制氢和其他多联产用途。
进一步地，所述制冷子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的35％的热能；所述卡琳娜循环子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的50％的热能；所述热交换子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的15％的热能。所述电解子系统用于电解制氢的第一电能占所述电能的百分比为10％。
图2为现有的CPVT多联产系统的结构示意图，其中，65％的热能用于单效吸收制冷系统以产生冷却，15％的热能用于热空气室生产热空气，剩余20％热能用于热水室生产热水。而本申请将KCS11与CPVT多联产系统集成，相对于图2给出的现有的CPVT多联产系统，能够生产更多的电能。具体地，利用50％的热能生产电能，从而增加电产量，进而提高整个系统的能量和火用效率。
更进一步地，建立集成KCS11的CPVT系统数学模型，对图2给出的现有的CPVT多联产系统与本实施例用于多联产的聚光光伏热系统的数学方程进行证明。为方便论述，将图2给出的现有的CPVT多联产系统命名为配置1，将本实施例用于多联产的聚光光伏热系统命名为配置2。
(1)系统建模基于以下假设：
太阳光谱采用ASTM空气质量1.5(AM1.5D)直接光谱作为参考；
参考死态温度和压力为25℃和1bar；
DC/AC逆变器转换器效率为0.98；
泵和涡轮机被认为是绝热的；
KCS11涡轮/泵等熵效率为0.85/0.75。
(2)建立太阳能聚光光伏热子系统模型
本发明考虑的CPVT子系统使用定日镜作为光伏组件的聚光装置。CPVT热力学效率的模型如表3所示。CPVT接收器上的太阳能输入
Figure BDA0003553574440000081
为：
Figure BDA0003553574440000082
其中，IAM1.5D表示太阳辐照度，ηHeliostat表示定日镜效率，AHeliostat表示定日镜的场面积，浓度比CR由下式计算：
Figure BDA0003553574440000083
CPVT系统采用由InGaP/GaAs/Ge多结组成的太阳能电池建模，在本发明中，500太阳浓度被集中在一个InGaP/GaAs/Ge太阳能电池上，其功率效率为38％，温度系数kT为-0.05％/℃。
CPVT系统可实现的总功率输出Pout,CPVT可由下式确定：
Figure BDA0003553574440000084
其中
Figure BDA0003553574440000085
表示CTM功率比，T表示摄氏度，PPV表示每个光伏电池产生的能量。
Figure BDA0003553574440000086
可以通过光增益和光损耗的相互作用来确定，本发明采用0.9的CTM比来计算电能输出。
对于光伏组件传热系统，使用Rohsenow模型来估计相应的太阳浓度和热流密度下的电池温度，同时将热流密度模型和临界热流密度(CHF)模型进行了比较。其中，用于表征沸腾现象的Rohseow模型依据公式
Figure BDA0003553574440000091
进行建模，而用于CHF计算的Zuber模型依据公式
Figure BDA0003553574440000092
进行建模。
CPVT的热能输出
Figure BDA0003553574440000093
由下式确定：
Figure BDA0003553574440000094
其中，
Figure BDA0003553574440000095
表示CPVT接收器的热损耗。
如下表1为配置1和配置2输入的参数表。
表1.多联产系统(配置1和配置2)输入参数表
参数 输入
太阳浓度 500suns
Kalina循环涡轮/泵效率 85％/75％
聚光镜面积 15,450m<sup>2</sup>
整体太阳辐射 900W/m<sup>2</sup>
热空气/水室效率 95％
吸收系统低压侧额定压力/最低温度 0.0482bar/6.4℃
热空气和热水入口压力/温度 1bar/25℃
Kalina循环系统额定温度/压力 115℃/30bar
(3)建立质子交换膜电解槽模型
PEM电解槽电解水生成氢气和氧气的化学反应式如下：
Figure BDA0003553574440000096
该反应发生在电解槽的阳极为：Anode reaction:H2O→2H++2e；该反应发生在电解槽的阴极为：Cathode reaction 2H++2e→H2；质量平衡公式为：
Figure BDA0003553574440000097
反应所需的能量公式为：ΔG＝ΔH+TΔS；其中，TΔS表示热能需求，ΔG表示吉布斯自由能。
产氢摩尔流量公式为
Figure BDA0003553574440000098
电解槽所需电功率的计算公式为：Eelec＝Qelec＝JV；其中，F为法拉第常数，J为电流密度，电解槽所需的电能可由电流密度建模，V表示过电位，V＝Vo+Vohm+Vact,a+Vact,c，Vohm表示电解槽的欧姆过电位，Vact,a、Vact,c表示阳极和阴极过电位，Vo表示可逆电势。
(4)建立热力学方程
多联产系统配置1和配置2中各子系统部件的能量和火用平衡如表2所示。系统内所有部件的热力学效率计算采用表3中的方程。表4给出了配置1和配置2的多联产、三联产、联产、电能和火用方程。由于配置1和配置2的主要区别是集成了KCS11，表4所示的方程适用于两种多联产系统。
表2.多联产系统(配置1和配置2)的热力学平衡方程表
Figure BDA0003553574440000101
Figure BDA0003553574440000111
表3.多联产系统部件的热力学效率方程表
Figure BDA0003553574440000112
Figure BDA0003553574440000121
表4.电力和多联产效率的热力学方程效率表
Figure BDA0003553574440000131
Figure BDA0003553574440000141
实施例二
本实施例中，为了实现高效率，CPVT系统的光伏电池使用500太阳浓度，其定日镜场面积为40000平方米(15450平方米的定日镜)。定日镜将价值12500千瓦的太阳能集中在CPVT电池上。定日镜的能量效率为90％，火用效率为85.58％。在没有集成KCS11的情况下，根据实施例一中的表2提供的公式计算可得CPVT子系统产生3272kW的电力输出。
考虑到CPVT系统热侧的工作流体为1.43bar的水，这还将产生6722kW的热能，输出温度为120℃。结果表明，CPVT子系统的能量效率为79.95％，火用效率为53.52％。无论是配置1还是配置2，多联产系统的火用破坏在定日镜阶段最大。在KCS11集成系统中，其他具有显著火用破坏的部件有KCS11中的蒸发器、分离器、涡轮机和热水室，制冷子系统中的吸收器和溶液交换器，以及热空气室。通过参数分析，验证了定日器浓度比对CPVT电热产率的影响，定日镜的浓度越高，电能和热能的转换就越多，如图3所示，其中，Welec,output表示电能产量；Quseful,thermal表示热能产量。然而，随着浓度比的增加，热量的增加比电能的增加要高。
KCS11的集成将会增加多联产系统416.9千瓦的电力生产(根据实施例一中的表2计算可得)。配置2增加了14.15％(416.9kW)的发电量表明了KCS11系统在配置设置中的重要性。KCS11的能量效率和火用效率分别为12.41％和9.64％(图3)。在本发明中，泵效率和涡轮效率分别提高0.75和0.85。然而，值得注意的是，太阳能CPVT发电的10％用于氢生产。PEM电解槽产氢量为10.6L/s，PEM电解槽的能量和火用性能分别为60％和15.37％。
虽然本发明中两种配置的吸收式制冷系统、热空气室和热水室的产量不同，但它们的能量和火用效率是相同的。单效吸收系统的能量和火用系数分别为0.75和0.35，热空气室的能量和火用效率分别为95％和40.61％。通常情况下，系统温度与死态(环境)温度之间的差越小，耗用性能越趋向于零。该系统的火用性能可归因于系统内部的低温运行。热空气室的能量效率为85％，火用效率为62.29％。热空气的产生在35℃的温室设施中使用。
两种配置的热水、冷却效果和热风产量分别为：配置1为3316kW、8.73kg/s和85.13kg/s；配置2为1786kW、6.54kg/s和244.2kg/s。这些子系统生产的差异在能量和火用多联产、三联产、联产和电力效率方面表现得很明显。使用KCS11的多联产系统的电能和火用效率分别为26.89％和17.51％，高于不使用KCS11的多联产系统(23.56％和15.77％)。3.33％的能源效率差异反映了KCS11集成的可行性。如果将CPVT系统产生的热能全部用于KCS11的发电，发电量还可以进一步增加。对不同浓度比对子系统功和热输出影响的参数研究表明，浓度比越大，系统的产量越高，如图4所示，图中WKC表示Kalina子系统产量；QHW表示热水室产量；VH,2表示电解水系统产量；QHA表示热空气室产量；QSEAS表示单效吸收系统产量。随着浓度比的增加，热水、热风、冷却和发电的增量是均匀的。然而，与其他子系统相比，PEM电解槽的产氢增量更高。
本发明中两种配置产量的变化在热电联产和三联产效率上表现明显。由于配置1吸收系统的热能较高，其联产(动力和冷却)能量和火用效率(50.09％和27.46％)高于配置2(41.11％和23.8％)。并且能量性能的优越性在多联产系统的减排中也很明显。该系统在有无Kalina循环系统的条件下可分别节省2418kg/h和2260kg/h的CO2，这种减排增加了系统的可持续性。配置1和配置2分别节约石油2371L/h和2418L/h的化石燃料；或4098kg/h、4178kg/h的煤；或者2.46×106L/h和2.51×106L/h的天然气。此外还分析了浓度变化对减排的影响。实验结果表明，如图5所示，浓度比越高，多联产系统减少的排放越多，这与系统的热力学设计一致，浓度比越大，系统性能越好。
本发明对变环境温度下多联产系统的性能进行了参数研究，以检验环境温度变化对子系统和两个多联产系统的火用性能的影响。该参数研究的结果如图6至图12所示，其中，图6中：ηex,PEMelectrolyzer表示电解水效率；ηex,KC表示Kalina子系统效率；ηex,HWC表示热水室效率；ηex,HAC表示热空气室效率；图7中：ηex,power表示电能火用效率；ηex,multi表示多联产火用效率；ηex,Heliostat表示定日镜效率；图8中：ηex,power表示电能火用效率；ηex,multi表示多联产火用效率；图9中：ηex,cogen1表示联产1火用效率；ηex,cogen2表示联产2火用效率；ηex,cogen3表示联产3火用效率；ηex,cogen4表示联产4火用效率；图10中：ηex,cogen1表示联产1火用效率；ηex,cogen2表示联产2火用效率；ηex,cogen3表示联产3火用效率；ηex,cogen4表示联产4火用效率；图11中：ηex,trigen1表示三联产1火用效率；ηex,trigen2表示三联产2火用效率；ηex,trigen3表示三联产3火用效率；图12中：ηex,trigen1表示三联产1火用效率；ηex,trigen2表示三联产2火用效率；ηex,trigen3表示三联产3火用效率。死态温度从2℃提高到45℃将使子系统的火用效率提高：PEM电解槽的火用效率从1.2％提高26.96％，热水室的火用效率3.17％提高到71.25％，热空气室的火用效率从4.86％提高到98％(图6)。然而，KCS11的火用效率随着环境温度的升高而降低。KCS11的火用效率(从15.1％降至9.35％)比其他子系统的增量间隙小。
KCS11的火用能下降可归因于该子系统的工作温度，环境温度的升高使KCS11子系统向与环境的热平衡方向移动，在火用效率上表现明显。因为定日器没有附加热源，所以环境温度的变化对定日器系统的用能性能影响最小(图7)。火用性能随环境温度升高而下降，影响了配置1(图7)和配置2(图8)的功率和多联产火用效率。此外，KCS11在低环境温度下的低火用性能在配置2的热电联产性能中表现明显(图10)。虽然配置1热电联产(火用效率)也有所下降(图9)，但由于与KCS11相关，热电联产和热风联产(图12)表现得更为明显。值得注意的是，配置1热电联产的火用性能下降幅度是所有热电联产方案中最小的。配置1(图11)和配置2(图12)在不同环境温度下的火用性能与热电联产相似，但这种下降在电、冷却和热风三联产时最为明显。
综上，相对于现有技术，本发明还具有以下优点：
(1)本发明将Kalina循环系统与CPVT系统进行巧妙地集成，两个系统的子系统相互融合，拥有高性能效率。
(2)本发明将CPVT热空气的产生集成到Kalina循环的冷凝器中，使得Kalina循环内的能量更大化，进一步提升了整个系统能量效率和火用效率。
(3)本发明使用KCS11进一步增加了多联产系统的发电份额。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述聚光光伏热系统包括聚光光伏热子系统、制冷子系统、卡琳娜循环子系统、热交换子系统和电解子系统；
将所述聚光光伏热子系统、所述制冷子系统、所述卡琳娜循环子系统和所述热交换子系统依次首尾连通，以构成第一热循环回路；所述第一热循环回路中设置有导热剂；
所述聚光光伏热子系统还与所述电解子系统连通；
所述聚光光伏热子系统，用于：
将光能转换为电能和热能；所述电能至少包括第一电能；
将所述热能传输至所述制冷子系统；
所述卡琳娜循环子系统，用于：
将所述制冷子系统传输的第一热能转换为电能；
将第二热能传输至所述热交换子系统；所述第二热能为所述第一热能转换成电能后剩余的热能；
所述电解子系统用于根据所述第一电能进行电解制氢。
2.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述卡琳娜循环子系统包括分离器、涡轮、混合器、第一冷凝器、第一膨胀阀、进料泵、预热器和第一蒸发器；
所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端连通；所述第一蒸发器的第一输出端与所述分离器的输入端的连通管道内设置有工作流体；所述蒸发器用于将所述导热剂的热能转移至所述工作流体中；所述导热剂的热能为所述第一热能；
所述分离器用于将所述工作流体分离为汽态流体和液态流体，并将所述汽态流体输送至所述涡轮，将所述液态流体输送至所述第一膨胀阀；所述涡轮用于利用所述汽态流体发电；
所述涡轮的输出端与所述混合器的第一输入端连通；所述第一膨胀阀的输出端与所述混合器的第二输入端连通，所述混合器的输出端与所述第一冷凝器的输入端连通；
所述第一冷凝器的输出端通过所述进料泵与所述预热器的第一输入端连通，所述预热器的第一输出端与所述第一蒸发器的第一输入端连通；
所述制冷子系统与所述第一蒸发器的第二输入端连通，所述第一蒸发器的第二输出端与所述预热器的第二输入端连通，所述预热器的第二输出端与所述热交换子系统连通。
3.根据权利要求2所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述工作流体为NH3H2O。
4.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述制冷子系统包括发电机、第二冷凝器、第二蒸发器、第二膨胀阀、吸收器和溶液交换器；
所述发电机的第一输入端用于接收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的热能；
所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端连通，所述第二冷凝器的输出端通过所述第二膨胀阀与所述第二蒸发器的输入端连通，所述第二蒸发器的输出端与所述吸收器的第一输入端连通；
所述吸收器与所述溶液交换器双向连通，所述溶液交换器还与所述发电机双向连通；
所述发电机的第二输出端与所述卡琳娜循环子系统连通。
5.根据权利要求4所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述制冷子系统还包括第三膨胀阀和循环泵；
所述吸收器的第一输出端通过所述循环泵与所述溶液交换器的第一输入端连通，所述溶液交换器的第一输出端与所述发电机连通；
所述发电机的第三输出端与所述溶液交换器的第二输入端连通，所述溶液交换器的第二输出端通过所述第三膨胀阀与所述吸收器的第二输入端连通。
6.根据权利要求4所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述发电机的第一输出端与所述第二冷凝器的输入端的连通管道内设置的流体为LiBrH2O。
7.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述电解子系统包括质子交换膜电解槽。
8.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述聚光光伏热子系统包括定日镜场和光伏组件；
所述定日镜场用于将太阳光反射聚集到所述光伏组件；
所述光伏组件用于利用所述太阳光进行发电，以产生电能和热能。
9.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述制冷子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的35％的热能；所述卡琳娜循环子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的50％的热能；所述热交换子系统用于吸收所述聚光光伏热子系统输出的导热剂的15％的热能。
10.根据权利要求1所述的用于多联产的聚光光伏热系统，其特征在于，所述第一电能占所述电能的百分比为10％。
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