一种光热超临界二氧化碳循环发电系统及其工作方法与流程

本发明属于太阳能热发电，具体涉及一种光热超临界二氧化碳循环发电系统及其工作方法。

背景技术：

1、太阳能热发电技术清洁低碳，并且自带储热系统，可以作为调节电源，是促进风电、光伏等可再生能源的大规模消纳和电力行业低碳化发展的重要方式。固体颗粒作为太阳能热发电系统的一种新型储热介质，具有价格低廉、储热温度高(高达1000℃)以及性能稳定等优点，可以提高太阳能热发电效率、降低发电成本，在太阳能热发电领域具有广阔应用前景。

2、但是，由于固体颗粒硬度较高，常规的流化态式的固体颗粒换热器管壳壁面磨损严重。此外，固体颗粒储热系统的热罐高位布置，冷罐低位布置，由于固体颗粒质量较大，利用斗提机将其从低位冷罐提升到高位热罐需要消耗大量电能，会导致系统效率降低。

技术实现思路

1、为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种光热超临界二氧化碳循环发电系统及其工作方法，能够避免对储热罐内部管壳壁面的磨损，保证储热系统安全、稳定运行，提高储热系统使用寿命；并且能够降低系统功耗，提高系统效率。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开的一种光热超临界二氧化碳循环发电系统，包括太阳能集热系统、第一固体颗粒储热罐、第二固体颗粒储热罐和超临界二氧化碳发电系统；

4、第一固体颗粒储热罐与第二固体颗粒储热罐并联，并通过二氧化碳循环管路分别与太阳能集热系统的进出口和超临界二氧化碳发电系统的进出口连接，所述二氧化碳循环管路上设有循环风机。

5、优选地，所述太阳能集热系统包括镜场和集热器，集热器设在镜场的反射光路上，集热器的二氧化碳进口和二氧化碳出口分别与所述二氧化碳循环管路连接。

6、优选地，所述超临界二氧化碳发电系统包括压缩机、回热器、透平和预冷器；透平的二氧化碳进口与所述二氧化碳循环管路连接，透平的二氧化碳出口与回热器的热侧进口连接，回热器的热侧出口与预冷器的进口连接，预冷器的出口与压缩机的进口连接，压缩机的出口与回热器的冷侧进口连接，回热器的冷侧出口与所述二氧化碳循环管路连接。

7、优选地，第一固体颗粒储热罐的上部设有高温工质进/出口，下部设有低温工质进/出口；第二固体颗粒储热罐的上部设有高温工质进/出口，下部设有低温工质进/出口。

8、进一步优选地，第一固体颗粒储热罐的高温工质进/出口与所述太阳能集热系统的出口之间设有第一阀门，所述太阳能集热系统的出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第二阀门，第一固体颗粒储热罐的高温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第三阀门，第二固体颗粒储热罐的高温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第四阀门，第一固体颗粒储热罐的低温工质进/出口与所述太阳能集热系统的进口之间设有第五阀门，第一固体颗粒储热罐的低温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第六阀门，所述太阳能集热系统的进口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第七阀门，第二固体颗粒储热罐的低温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第八阀门。

9、优选地，第一固体颗粒储热罐和第二固体颗粒储热罐的结构相同，包括罐体、若干管束和若干绝热板，若干管束竖直布置在罐体内部，罐体内部被若干绝热板分隔为多层并填充有用于传热的固体颗粒。

10、优选地，所述太阳能集热系统内的集热工质为二氧化碳气体，所述超临界二氧化碳发电系统内的循环工质为超临界二氧化碳气体。

11、优选地，所述超临界二氧化碳发电系统的超临界二氧化碳循环构型为一级回热循环或分流再压缩循环。

12、优选地，循环风机的进口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口连接，循环风机的出口与所述太阳能集热系统的进口连接。

13、本发明公开的上述光热超临界二氧化碳循环发电系统的工作方法，包括

14、白天时，来自所述太阳能集热系统的高温二氧化碳工质进入第一固体颗粒储热罐放热，第一固体颗粒储热罐内的固体颗粒吸热并存储高温热量，二氧化碳工质由第一固体颗粒储热罐流出后由循环风机送入所述太阳能集热系统再次集热，不断循环后第一固体颗粒储热罐进行储热；第二固体颗粒储热罐利用二氧化碳工质向所述超临界二氧化碳发电系统不断释放之前存储的热量；

15、夜晚时，所述太阳能集热系统停止集热，第一固体颗粒储热罐停止储热，第二固体颗粒储热罐继续放热；

16、白天时，第二固体颗粒储热罐热量释放完毕后停止放热并开始储热，第一固体颗粒储热罐开始放热；

17、夜晚时，第一固体颗粒储热罐继续放热，第二固体颗粒储热罐停止储热；

18、上述过程不断循环，所述超临界二氧化碳发电系统连续不间断运行。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

20、本发明公开的一种光热超临界二氧化碳循环发电系统，采用第一固体颗粒储热罐和第二固体颗粒储热罐双罐布置，以二氧化碳气体工质为热量载体，利用太阳能集热系统对第一固体颗粒储热罐和第二固体颗粒储热罐内的固体颗粒进行加热储能，实现超临界二氧化碳发电系统的连续24小时不间断稳定运行。固体颗粒静态存储在第一固体颗粒储热罐和第二固体颗粒储热罐内，能够避免对储热罐壁面的磨损，提高储热罐运行的安全性和稳定性，增加储热罐的使用寿命；同时相比现有的流化态式的固体颗粒换热器，无需改变固体颗粒的高度位置，避免了因克服固体颗粒重力势能而需要消耗额外能量，减少了换热器系统功耗，提高了发电系统性能。另外，本系统将主换热器和储热系统合二为一，简化了系统结构，降低了制造成本和运行成本。

21、本发明公开的上述光热超临界二氧化碳循环发电系统的工作方法，操作简便，系统的安全性和稳定性高，寿命长，且能耗低，运行效率高。

技术特征：

1.一种光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，包括太阳能集热系统、第一固体颗粒储热罐(3)、第二固体颗粒储热罐(4)和超临界二氧化碳发电系统；

2.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述太阳能集热系统包括镜场(1)和集热器(2)，集热器(2)设在镜场(1)的反射光路上，集热器(2)的二氧化碳进口和二氧化碳出口分别与所述二氧化碳循环管路连接。

3.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电系统包括压缩机(14)、回热器(15)、透平(16)和预冷器(17)；透平(16)的二氧化碳进口与所述二氧化碳循环管路连接，透平(16)的二氧化碳出口与回热器(15)的热侧进口连接，回热器(15)的热侧出口与预冷器(17)的进口连接，预冷器(17)的出口与压缩机(14)的进口连接，压缩机(14)的出口与回热器(15)的冷侧进口连接，回热器(15)的冷侧出口与所述二氧化碳循环管路连接。

4.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，第一固体颗粒储热罐(3)的上部设有高温工质进/出口，下部设有低温工质进/出口；第二固体颗粒储热罐(4)的上部设有高温工质进/出口，下部设有低温工质进/出口。

5.根据权利要求4所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，第一固体颗粒储热罐(3)的高温工质进/出口与所述太阳能集热系统的出口之间设有第一阀门(5)，所述太阳能集热系统的出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第二阀门(6)，第一固体颗粒储热罐(3)的高温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第三阀门(7)，第二固体颗粒储热罐(4)的高温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的进口之间设有第四阀门(8)，第一固体颗粒储热罐(3)的低温工质进/出口与所述太阳能集热系统的进口之间设有第五阀门(9)，第一固体颗粒储热罐(3)的低温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第六阀门(10)，所述太阳能集热系统的进口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第七阀门(11)，第二固体颗粒储热罐(4)的低温工质进/出口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口之间设有第八阀门(12)。

6.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，第一固体颗粒储热罐(3)和第二固体颗粒储热罐(4)的结构相同，包括罐体、若干管束和若干绝热板，若干管束竖直布置在罐体内部，罐体内部被若干绝热板分隔为多层并填充有用于传热的固体颗粒。

7.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述太阳能集热系统内的集热工质为二氧化碳气体，所述超临界二氧化碳发电系统内的循环工质为超临界二氧化碳气体。

8.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳发电系统的超临界二氧化碳循环构型为一级回热循环或分流再压缩循环。

9.根据权利要求1所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于，循环风机(13)的进口与所述超临界二氧化碳发电系统的出口连接，循环风机(13)的出口与所述太阳能集热系统的进口连接。

10.权利要求1～9所述的光热超临界二氧化碳循环发电系统的工作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开的一种光热超临界二氧化碳循环发电系统及其工作方法，属于太阳能热发电技术领域。包括太阳能集热系统、第一固体颗粒储热罐、第二固体颗粒储热罐和超临界二氧化碳发电系统；第一固体颗粒储热罐与第二固体颗粒储热罐并联，并通过二氧化碳循环管路分别与太阳能集热系统的进出口和超临界二氧化碳发电系统的进出口连接，所述二氧化碳循环管路上设有循环风机。本发明能够避免对储热罐内部管壳壁面的磨损，保证储热系统安全、稳定运行，提高储热系统使用寿命；并且能够降低系统功耗，提高系统效率。

技术研发人员：杨艳彦,张佳,李海建,朱耿峰,张旭伟,蒋世希,吴帅帅,张一帆,李红智,张磊,周毓佳
受保护的技术使用者：格尔木华能太阳能发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14