CN207349038U - 一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统 - 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基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,该系统主要包括塔式太阳能岛、一级加热器、高压透平、二级加热器、低压透平、调峰透平、回热器、蓄热器、压缩机、小透平、ORC回热器、循环泵以及冷却器。本系统增设了一个调峰透平和ORC循环系统,白天(ORC循环不工作)用电低谷时,超临界二氧化碳通过太阳能加热后驱动涡轮做功,输出电能,并将经过回热器后的超临界CO2余热进行收集、存储;用电高峰时系统接入调峰透平以输出更多的电量。夜间或者太阳光不足时,则利用蓄热器中存储的热量带动ORC循环发电。本实用新型通过调峰透平实现机组调峰,利用蓄热器和ORC循环进行发电,增强了机组的灵活性。
Description
技术领域
本实用新型涉及塔式太阳能热发电系统,尤其涉及二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统。
背景技术
世界性的能源日益缺短以及局部性的能源危机,已经在一定程度上影响和制约了人类社会经济的可持续发展。与此同时,由于人类对传统矿物质能源的过分依赖以及对燃料能源的大量使用,由此所造成的温室效应以及对大气环境的严重污染,又使得人类的生存环境面临着严峻的挑战。为了改变这种局面,人类不得不探寻新的环保洁净能源。大力发展水能、太阳能和核能等能源的开发利用,已经成为世界各国解决矿物能源危机,减轻大气环境污染的重要途径。
近年来越来越多的超临界大容量火电机组参与负荷调峰,使得大容量机组经常处于低负荷运行,而且低负荷的限值更低,因此影响机组的安全性和经济性。对于设计为烟煤的锅炉最低稳燃负荷,一般均在30%BMCR,大致相当于33%的额定负荷;但是从运行的安全性角度出发,电厂控制的最低稳燃负荷一般在40%额定负荷,有的控制在50%额定负荷。深度调峰运行时,锅炉的燃烧工况远低于最低稳定运行负荷,炉膛温度下降,煤粉着火困难,火焰稳定性差,易熄火,存在炉膛灭火放炮的重大隐患。机组深度调峰时不仅影响机组燃烧的安全性,而且影响机组汽水系统运行的安全性。机组极低负荷运行可能引起超临界锅炉汽水管路中的氧化皮加剧生成和剥落。长时间低负荷运行期间,锅炉由于汽压降低、水动力不足等原因导致水冷壁容易发生超温。低负荷调峰过程中负荷经常变化,锅炉的排烟温度、空气预热器壁温和尾部烟速波动均较大,排烟温度及尾部受热面壁温、烟气流速也随之下降,导致尾部受热面的积灰和腐蚀加剧;同时锅炉在低负荷运行时,空气过量系数大,会生成更多的SO3,导致腐蚀进一步加剧。冬季低负荷工况,排烟温度更低,容易发生空气预热器腐蚀和堵塞。
为解决以上问题,本实用新型提供了一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,利用调峰透平进行机组调峰以输出更多的电量,增强了机组的灵活高效性。同时增设蓄热装置用以完成夜间ORC循环做功与发电,提供了一种稳定的长时期的供电系统,增加了电站年发电量和年效率,为塔式太阳能系统与超临界二氧化碳循环的集成优化提供了新思路。
发明内容
有鉴于此,本实用新型目的在于提供了一种简单易行、可靠性高的二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统。
为解决以上问题,本实用新型采用的技术方案是:一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,该系统主要包括塔式太阳能岛、一级加热器、高压透平、二级加热器、低压透平、调峰透平、回热器、蓄热器、压缩机、小透平、ORC回热器、循环泵以及冷却器;其特征在于供能回路,由塔式太阳能岛(1)分别连接一级加热器(2)和二级加热器(3),然后一级加热器(2)和二级加热器(3)连回塔式太阳能岛(1);主回路连接方式为一级加热器(2)同高压透平(4)连接,高压透平(4)后连接二级加热器(3)、二级加热器(3)同低压透平(5)连接,低压透平(5)后通过管道同回热器(6)连接,管道上设置阀门1,回热器(6)后布置蓄热器(7),蓄热器(7)后连接压缩机(8),压缩机(8)同回热器(6)连接,连接管道上设置阀门2,接着连接到一级加热器(2);低压透平(5)后并联调峰透平(9),调峰透平(9)前后管道上分别设置阀门3和阀门4; ORC回路连接方式为回热器(7)引出管道与小透平(10)连接,小透平(10)后连接ORC回热器(11),ORC回热器(11)后引出两条管道,一条连接蓄热器(7),另一条通过循环泵(12)与冷却器(13)连接,冷却器再同ORC回热器(11)连接。
所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于白天用电低谷时,阀门3、4关闭,阀门1、2打开,关闭ORC循环,CO2工质经过一级加热器(2)吸热至550℃~600℃后到高压透平(4)膨胀做功,再经过二级加热器(3)升温至约620℃后进入低压透平(5)膨胀做功,一级加热器(2)与二级加热器(3)的热源来自塔式太阳能岛(1);流经低压透平(5)的CO2工质进入回热器(6)换热后流入蓄热器(7)中放热,将热量存储于蓄热器(7)中,放热后的CO2工质经过压缩机(8)压缩,再进入回热器(6)与从低压透平(4)出来的CO2工质进行热交换,最后经过一级加热器(2)吸热进入下一循环。
所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于白天用电高峰时,打开阀门2、阀门3、阀门4关闭阀门1,关闭ORC循环,调峰透平(9)入口与低压透平(5)出口相连,其出口与回热器(6)入口相连,此时从低压透平(5)出来得CO2工质直接进入调峰透平(9)膨胀做功输出更多电量后再进入回热器(6)与经过压缩机(8)压缩的CO2进行换热后,进入蓄热器(7)储热。
所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于机组夜间发电时,关闭阀门1、阀门2、阀门3、阀门4,仅仅接入ORC循环,循环工质经过蓄热器(7)吸热,进入小透平(10)膨胀做功后到ORC回热器(11)放热,由循环泵(12)引至冷却器(13)冷却到25℃~35℃的工质经过ORC回热器(11)预热,进入蓄热器(7)吸热进入下一循环。
本实用新型所述的一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统具有如下特点:
1.采用超临界二氧化碳作为循环工质并与ORC循环集成的塔式太阳能热发电技术利用储热材料进行蓄热,当夜间或太阳光不足时用蓄热器中的热来加热ORC循环工质驱动涡轮发电,解决了太阳能不能连续为用户提供长期稳定的能源的问题,且对大规模太阳能热利用的开发提供了切实有效的途径;
2.当白天用电低谷时,使用常规的二氧化碳布雷顿循环系统;当白天用电高峰时,接入调峰透平使CO2工质经低压透平膨胀后直接进入调峰透平驱动涡轮做功,以使系统能够灵活高效的运行。
附图说明
图1为一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统示意图。
图中:1-塔式太阳能岛;2-一级加热器;3-二级加热器;4-高压透平;5-低压透平;6-回热器;7-蓄热器;8-压缩机;9-调峰透平;10-小透平;11-ORC回热器;12-循环泵;13-冷却器。
实施方式
本实用新型提出一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示的一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,该系统主要包括塔式太阳能岛、一级加热器、高压透平、二级加热器、低压透平、调峰透平、回热器、蓄热器、压缩机、小透平、ORC回热器、循环泵以及冷却器;其特征在于:白天用电低谷时,阀门3、4关闭,阀门1、2打开,关闭ORC循环,CO2工质经过一级加热器吸热至600℃后到高压透平膨胀做功,再经过二级加热器升温至620℃后进入低压透平膨胀做功,一级加热器与二级加热器的热源来自塔式太阳能岛;流经低压透平的CO2工质进入回热器换热后流入蓄热器中放热,将热量存储于蓄热器中,放热后的CO2工质经过压缩机压缩,再进入回热器与从低压透平出来的CO2工质进行热交换,最后经过一级加热器吸热进入下一循环;白天用电高峰时,打开阀门2、阀门3、阀门4关闭阀门1,关闭ORC循环,调峰透平入口与低压透平出口相连,其出口与回热器入口相连,此时从低压透平出来得CO2工质直接进入调峰透平膨胀做功输出更多电量后再进入回热器与经过压缩机压缩的CO2进行换热后,进入蓄热器储热;机组夜间发电时,关闭阀门1、阀门2、阀门3、阀门4,仅仅接入ORC循环,循环工质经过蓄热器吸热,进入小透平膨胀做功后到ORC回热器放热,由循环泵引至冷却器冷却到30℃的工质经过ORC回热器预热,进入蓄热器吸热进入下一循环。
如图1所示,在一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统中,白天用电低谷时,阀门3、4关闭,阀门1、2打开,关闭ORC循环,CO2工质经过一级加热器吸热至600℃后到高压透平膨胀做功,再经过二级加热器升温至620℃后进入低压透平膨胀做功,一级加热器与二级加热器的热源来自塔式太阳能岛;流经低压透平的CO2工质进入回热器换热后流入蓄热器中放热,将热量存储于蓄热器中,放热后的CO2工质经过压缩机压缩,再进入回热器与从低压透平出来的CO2工质进行热交换,最后经过一级加热器吸热进入下一循环。
如图1所示,在一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统中,白天用电高峰时,打开阀门2、阀门3、阀门4关闭阀门1,关闭ORC循环,调峰透平入口与低压透平出口相连,其出口与回热器入口相连,此时从低压透平出来得CO2工质直接进入调峰透平膨胀做功输出更多电量后再进入回热器与经过压缩机压缩的CO2进行换热后,进入蓄热器储热。
如图1所示,在一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统中,机组夜间发电时,关闭阀门1、阀门2、阀门3、阀门4,仅仅接入ORC循环,循环工质经过蓄热器吸热,进入小透平膨胀做功后到ORC回热器放热,由循环泵引至冷却器冷却到30℃的工质经过ORC回热器预热,进入蓄热器吸热进入下一循环。
本实用新型首次提出增设调峰透平利用调峰透平进行调峰的概念。采用超临界二氧化碳作为循环工质并与ORC循环集成的塔式太阳能热发电技术利用储热材料进行蓄热,当夜间或太阳光不足时用蓄热器中的热来加热ORC循环工质驱动涡轮发电,白天用电低谷时,使用常规的二氧化碳布雷顿循环系统发电,用电高峰期则接入调峰透平使CO2工质经低压透平膨胀后直接进入调峰透平驱动涡轮做功,以使系统能够灵活高效的运行,同时可以进一步提高太阳能的经济利用价值,具有很好的实用性。
Claims (4)
1.一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,该系统主要包括塔式太阳能岛、一级加热器、高压透平、二级加热器、低压透平、调峰透平、回热器、蓄热器、压缩机、小透平、ORC回热器、循环泵以及冷却器;其特征在于供能回路,由塔式太阳能岛(1)分别连接一级加热器(2)和二级加热器(3),然后一级加热器(2)和二级加热器(3)连回塔式太阳能岛(1);主回路连接方式为一级加热器(2)同高压透平(4)连接,高压透平(4)后连接二级加热器(3)、二级加热器(3)同低压透平(5)连接,低压透平(5)后通过管道同回热器(6)连接,管道上设置阀门1,回热器(6)后布置蓄热器(7),蓄热器(7)后连接压缩机(8),压缩机(8)同回热器(6)连接,连接管道上设置阀门2,接着连接到一级加热器(2);低压透平(5)后并联调峰透平(9),调峰透平(9)前后管道上分别设置阀门3和阀门4; ORC回路连接方式为回热器(7)引出管道与小透平(10)连接,小透平(10)后连接ORC回热器(11),ORC回热器(11)后引出两条管道,一条连接蓄热器(7),另一条通过循环泵(12)与冷却器(13)连接,冷却器再同ORC回热器(11)连接。
2.根据权利要求1所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于其特征在于:白天用电低谷时,阀门3、4关闭,阀门1、2打开,关闭ORC循环,CO2工质经过一级加热器(2)吸热后到高压透平(4)膨胀做功,再经过二级加热器(3)升温后进入低压透平(5)膨胀做功,一级加热器(2)与二级加热器(3)的热源来自塔式太阳能岛(1);流经低压透平(5)的CO2工质进入回热器(6)换热后在蓄热器(7)中放热,将热量存储于蓄热器(7)中,放热后的CO2工质经过压缩机(8)压缩,再进入回热器(6)与从低压透平(5)出来的CO2工质进行热交换,最后经过一级加热器(2)吸热进入下一循环。
3.根据权利要求1所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于白天用电高峰时,打开阀门3、阀门4和阀门2关闭阀门1,关闭ORC循环,调峰透平(9)入口与低压透平(5)出口相连,其出口与回热器(6)入口相连,此时从低压透平(5)出来得CO2工质直接进入调峰透平(9)膨胀做功输出更多电量后再进入回热器(6)与经过压缩机压缩的CO2进行换热后,进入蓄热器(7)储热。
4.根据权利要求1所述一种基于二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电调峰系统,其特征在于机组夜间发电时,关闭阀门1、阀门2、阀门3、阀门4,仅仅接入ORC循环,循环工质经过蓄热器(7)吸热,进入小透平(10)膨胀做功后到ORC回热器(11)放热,由循环泵(12)引至冷却器(13)冷却,冷却后的工质经过ORC回热器(11)预热,进入蓄热器(7)吸热进入下一循环。
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