CN206668482U - 压缩超临界co2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了属于太阳能节能优化领域的一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统。该系统包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机、1号预冷器、2号预冷器、高温回热器、低温回热器、S‑CO2透平、外补燃装置、塔式太阳能镜场、聚光塔、吸热器、加热器、储气罐、充气罐以及储热装置。本实用新型提出在太阳能热发电站中将超临界CO2布雷顿循环与压缩气体蓄能有机的结合在一起，经过三级压缩，中间冷却，将CO2气体压缩进一台储气罐中供夜间使用，同时利用储压的方式蓄能和补燃的方式加热，巧妙解决了太阳能昼夜分布不均的问题，使系统能够达到持续发电状态，实现了清洁能源利用、年发电量增加的双重效果，节能收益效果显著。

Description

压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统
技术领域
本实用新型属于太阳能节能优化领域，特别涉及一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统。
背景技术
随着化石能源的枯竭，能源问题日益受到人们的关注。提高能源利用效率以及寻找和利用可再生能源以及新能源如太阳能、生物能、核电等具有重要意义。太阳能热发电技术越来越受到人们的关注，与太阳能光电技术相比其优势在于高温时热效率高，同时便于采用较为廉价的蓄热技术来储能。
目前，朗肯循环仍是热力发电的主要形式，而与之相比S-CO2布雷顿循环由于其更高的热效率和更小的设备体积被看作是下一代火电、核电、太阳能热发电等系统中最具潜力的形式。在热力发电的多种循环中，超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO2)是一种热效率高并且可使设备更加紧凑的循环，但较高的透平入口温度对蓄热技术提出了较高的要求。同时，压缩空气蓄能系统是一种能够实现大容量和长时间电能储存的电力储能系统，这无疑给超临界二氧化碳布雷顿循环的储能系统提供了一个新思路。
实用新型内容
本实用新型的目的是左端现有技术的不足提出一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统，该系统包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机、1号预冷器、2号预冷器、高温回热器、低温回热器、S-CO2透平、外补燃装置、塔式太阳能镜场、聚光塔、吸热器、加热器、储气罐、充气罐以及储热装置；其特征在于：一级压缩机16、二级压缩机15、三级压缩机11与S-CO2透平8串联；一级压缩机16的进气口与1号预冷器9和三通阀18串联后分别连接低温回热器17出口和二级压缩机15的进气口；一级压缩机16出气口连接低温回热器17上进气口；二级压缩机15的出气口分别连接2号预冷器10和高温回热器4与低温回热器17的公共节点上；高温回热器4的下出口与低温回热器17的下进气口连接；高温回热器4的上进气口通过第六阀门23与S-CO2透平8出口连接，高温回热器4的上出气口与加热器5上管道、调节阀24、外补燃装置7和S-CO2透平8串联；加热器5下管道与塔式太阳能吸热器6并联；2号预冷器10通过进气阀19与三级压缩机11的进气口连接，三级压缩机11的出气口通过出气阀20与储热装置12连接；储热装置12还分别连接第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门21和调节阀24与外补燃装置7的公共节点；储热装置12通过第一阀门1、第四阀门21与储气罐13连接，通过第三阀门3与S-CO2透平8连接，通过第二阀门2与充气罐14、第五阀门22及三通阀18串联。
所述S-CO2透平8膨胀做功后的高温CO2乏气在储热装置12中释放热量并进入充气罐14存储；充气罐14与储热装置12串联连接，并与S-CO2透平8出口和1号预冷器9入口并联，在用电低谷，当超临界CO2气体源源不断的储存到储气罐13中时，充气罐14中CO2气体就会补充到循环中以维持外部循环CO2流量恒定的状态。
本实用新型的有益效果是将超临界CO2布雷顿循环与压缩气体蓄能结合起来，设置充气罐装置和储热装置，当高压的超临界二氧化碳气体储存于储气罐中时，以保证外部CO2循环流量恒定不变。增设补燃装置，当太阳能不足以使进入S-CO2透平的超临界二氧化碳达到合适温度时用于补燃升温，同时还用于夜晚加热储气罐中的CO2气体。经过三级压缩，中间冷却，将CO2气体压缩进一台储气罐装置中供夜间使用；利用存储的压缩热加热高压的CO2，然后驱动涡轮做功
本实用新型首次提出在太阳能热发电站中将超临界CO2布雷顿循环与压缩气体蓄能有机的结合在一起，同时利用储压的方式蓄能和补燃的方式加热，巧妙的解决了太阳能昼夜分布不均的问题，使系统能够达到持续发电的状态，实现了清洁能源利用、年发电量增加的双重效果，节能收益效果显著。因此具有如下特点：
1.经过二级压缩机压缩的CO2气体分流，一部分与经低温回热器升温的气体混合，并进入高温回热器中加热，另一部分CO2气体则通过2号预冷器冷却后进入三级压缩机进一步被压缩。经过三级压缩，中间冷却的CO2气体被压缩到28MPa～30MPa到储热装置放热后，进入储气罐中，以抵消存储过程中的压损。
2.当白天太阳光较弱不足以使进入S-CO2透平的超临界二氧化碳达到合适温度时，增设补燃装置以提高进入透平的CO2气体温度，提高机组发电效率。
3.当白天太阳充足的时候，进行储气过程，当晚上太阳不足的时候除了第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3开启之外，其余阀门全部关闭，储气罐中的超临界CO2经过储热装置加热后经补燃燃料补燃至500℃～600℃进入S-CO2透平膨胀做功，输出电量，然后高温的CO2气体在储热装置中释放热量后进入充气罐中存储，此时的CO2气体大约7.8～8MPa,100℃左右。
4.充气罐与储热装置串联连接，并和S-CO2透平出口与1号预冷器入口并联，在用电低谷，当超临界CO2气体源源不断的储存到储气罐中时，充气罐中CO2气体就会补充到循环中以维持外部循环CO2流量恒定的状态。
附图说明
图1为压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统示意图。
具体实施方式
本实用新型提出一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统。下面结合附图和实施例予以说明。
如图1所示的一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统示意图中，该系统包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机、1号预冷器、2号预冷器、高温回热器、低温回热器、S-CO2透平、外补燃装置、塔式太阳能镜场、聚光塔、吸热器、加热器、储气罐、充气罐以及储热装置；其中，一级压缩机16、二级压缩机15、三级压缩机11与S-CO2透平8串联；一级压缩机16的进气口与1号预冷器9和三通阀18串联后分别连接低温回热器17出口和二级压缩机15的进气口；一级压缩机16出气口连接低温回热器17上进气口；二级压缩机15的出气口分别连接2号预冷器10和高温回热器4与低温回热器17的公共节点上；高温回热器4的下出口与低温回热器17的下进气口连接；高温回热器4的上进气口通过第六阀门23与S-CO2透平8出口连接，高温回热器4的上出气口与加热器5上管道、调节阀24、外补燃装置7和S-CO2透平8串联；加热器5下管道与塔式太阳能吸热器6并联；2号预冷器10通过进气阀19与三级压缩机11的进气口连接，三级压缩机11的出气口通过出气阀20与储热装置12连接；储热装置12还分别连接第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门21和调节阀24与外补燃装置7的公共节点；储热装置12通过第一阀门1、第四阀门21与储气罐13连接，通过第三阀门3与S-CO2透平8连接，通过第二阀门2与充气罐14、第五阀门22及三通阀18串联。
所述压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统的发电原理包括：
(1)充气罐14的一部分CO2气体通过第五阀门22和三通阀18，经过三通阀18的CO2气体与经低温回热器17的CO2气体混合进入1号预冷器9后进入一级压缩机16，被压缩至24.8MPa的高压，从一级压缩机16出口、低温回热器17上进口进入低温回热器17中，预热至二级压缩机15出口温度(260℃左右)，与二级压缩机15出口的一部分CO2气体混合，混合后的CO2气体继续在高温回热器4中升温至500℃，然后经过加热器5被高温熔融盐加热，高温熔融盐从塔式太阳能吸热器6中吸取热量；高温的超临界CO2气体经过调节阀24进入外补燃装置7，被补燃燃料进一步加热至500℃～600℃后到S-CO2透平8膨胀做功，驱动发动机运行，输出电量；
(2)二级压缩机15出口的另一部分CO2气体通过2号预冷器10冷却后经过进气阀19进入三级压缩机11进一步升压至28MPa～30MPa，然后高温高压的CO2气体经过出气阀20进入储热装置12，然后通过第四阀21进入储气罐(13)储存，以供夜间使用；在白天太阳充足的时候，除了第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3关闭以外，其余阀门全部开启，经过二级压缩机15压缩的CO2气体，一部分与经低温回热器17升温后的气体混合，依次进入高温回热器4、加热器5和外补燃装置7加热后进入S-CO2透平膨胀做功；在夜晚太阳不足的时候，除了第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3开启之外，其余阀门全部关闭，储气罐13中的超临界CO2经过储热装置12加热后经外补燃装置7补燃至500℃～600℃，进入S-CO2透平8膨胀做功，驱动发动机运行，输出电量；解决了太阳能昼夜分布不均的问题，使系统能够达到持续发电的效果，有利于年发电量与年效率的增加。
(3)所述S-CO2透平8膨胀做功后的高温CO2乏气在储热装置12中释放热量并进入充气罐14存储；充气罐14与储热装置12串联连接，并与S-CO2透平8出口和1号预冷器9入口并联，在用电低谷，当超临界CO2气体源源不断的储存到储气罐13中时，充气罐14中CO2气体就会补充到循环中以维持外部循环CO2流量恒定的状态。
本实用新型首次提出在太阳能热发电站中将超临界CO2布雷顿循环与压缩气体蓄能有机的结合在一起，同时利用储压的方式蓄能和补燃的方式加热，巧妙的解决了太阳能昼夜分布不均的问题，使系统能够达到持续发电的状态，实现了清洁能源利用、年发电量增加的双重效果，节能收益效果显著。

Claims (1)

1.一种压缩超临界CO2气体蓄能与太阳能结合的热发电系统，该系统包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机、1号预冷器、2号预冷器、高温回热器、低温回热器、S-CO2透平、外补燃装置、塔式太阳能镜场、聚光塔、吸热器、加热器、储气罐、充气罐以及储热装置；其特征在于：一级压缩机(16)、二级压缩机(15)、三级压缩机(11)与S-CO2透平(8)串联；一级压缩机(16)的进气口与1号预冷器(9)和三通阀(18)串联后分别连接低温回热器(17)出口和二级压缩机(15)的进气口；一级压缩机(16)出气口连接低温回热器(17)上进气口；二级压缩机(15)的出气口分别连接2号预冷器(10)和高温回热器(4)与低温回热器(17)的公共节点上；高温回热器(4)的下出口与低温回热器(17)的下进气口连接；高温回热器(4)的上进气口通过第六阀门(23)与S-CO2透平(8)出口连接，高温回热器(4)的上出气口与加热器(5)上管道、调节阀(24)、外补燃装置(7)和S-CO2透平(8)串联；加热器(5)下管道与塔式太阳能吸热器(6)并联；2号预冷器(10)通过进气阀(19)与三级压缩机(11)的进气口连接，三级压缩机(11)的出气口通过出气阀(20)与储热装置(12)连接；储热装置(12)还分别连接第一阀门(1)、第二阀门(2)、第三阀门(3)、第四阀门(21)和调节阀(24)与外补燃装置(7)的公共节点；储热装置(12)通过第一阀门(1)、第四阀门(21)与储气罐(13)连接，通过第三阀门(3)与S-CO2透平(8)连接，通过第二阀门(2)与充气罐(14)、第五阀门(22)及三通阀(18)串联。
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