基于复合太阳能反应器的热化学冷热电联产系统

本公开涉及太阳能热化学利用，尤其涉及一种基于复合太阳能反应器的热化学冷热电联产系统。

背景技术：

1、能源是人类文明重大进步及经济社会稳定发展的重要基础。随着科学技术快速发展，社会各类行业对能源的需求不断增大，环境问题日益突出，节能减排及各种可再生能源利用技术越来越受到重视。

2、目前能源消费仍以石油、煤炭、天然气等化石能源为主。长期使用化石能源以及能源利用模式不当造成了一系列能源转换率低和环境污染等问题，寻求清洁、可再生的替代能源已成为当前亟待解决的难题。

3、近年来，太阳能以分布广泛、绿色清洁、资源丰富等优势受到广泛关注。充分开发太阳能利用技术，对于解决能源利用问题、减少化石燃料使用、降低环境污染和推动社会发展具有重要意义。现阶段，太阳能主要通过太阳能光伏发电以及太阳能光热利用的方式实现对太阳能资源的利用。然而，由于昼夜、季节和时空的变化，导致太阳辐射产生较大的波动，存在不连续、不稳定的状况，无法保证太阳能持续、稳定的为用户实现供能。另一方面，太阳能利用技术设备成本高以及需要配置大容量的储能装置，限制了太阳能利用的大规模开发利用。因此，克服太阳能不稳定、不连续的能源属性是充分利用太阳能和满足未来能源发展需求的关键。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本公开提供一种基于复合太阳能反应器的热化学冷热电联产系统，用于至少部分解决现有太阳能利用技术无法很好地克服太阳能不稳定、不连续的技术问题。

2、本公开提供一种基于复合太阳能反应器的热化学冷热电联产系统，包括燃料预处理子系统、太阳能热化学子系统、烟气热化学回热子系统和冷热电输出子系统，其中：燃料预处理子系统用于利用烟气热化学回热子系统进行热化学反应后的中温烟气，对原料预热得到燃料工质，并将燃料工质输送至太阳能热化学子系统和烟气热化学回热子系统；太阳能热化学子系统用于利用低温导热油吸收太阳能，将吸热后的高温导热油与燃料工质之间换热使燃料工质在催化剂的作用下发生热化学反应生成第一合成气，其中，太阳能热化学子系统的太阳能热化学反应器采用带有蓄热夹层的复合式抛物槽式太阳能反应器；烟气热化学回热子系统用于利用冷热电输出子系统作功发电后输出的高温烟气与燃料工质之间换热，使燃料工质发生热化学反应生成第二合成气；冷热电输出子系统用于利用原料或第一合成气或第二合成气燃烧作功发电，将产生的高温烟气输入烟气热化学回热子系统与燃料工质进行换热或利用高温烟气为用户提供冷、热输出。

3、根据本公开的实施例，燃料预处理子系统包括燃料储罐、工质泵、燃料预热器、冷凝器、分离器和合成气储罐，其中：燃料储罐用于存储原料；工质泵用于将原料从燃料储罐输送至燃料预热器，以使燃料预热器利用烟气热化学回热子系统输送的中温烟气，对原料预热得到燃料工质；冷凝器用于对第一合成气或第二合成气进行冷凝；分离器用于将冷凝后的第一合成气和第二合成气进行原料和合成气分离，将分离后的原料输入燃料储罐存储，将分离后的合成气输入冷热电输出子系统燃烧作功，将多余的合成气输入合成气储罐进行存储。

4、根据本公开的实施例，燃料预处理子系统还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，其中：第一阀门用于调节燃料预热器输入太阳能热化学子系统和烟气热化学回热子系统的燃料工质的比例；第二阀门用于调节太阳能热化学子系统输入冷凝器的第一合成气和烟气热化学回热子系统输入冷凝器的第二合成气的比例；第三阀门用于控制燃料储罐输入冷热电输出子系统的原料的量。

5、根据本公开的实施例，太阳能热化学子系统包括槽式太阳能聚光集热器、太阳能热化学反应器、高温导热油泵、低温导热油泵、高温导热油储热罐、低温导热油储热罐，其中：低温导热油储热罐用于存储低温导热油；低温导热油泵用于将低温导热油输送至太阳能热化学反应器；槽式太阳能聚光集热器用于利用聚焦的太阳能对太阳能热化学反应器中的低温导热油加热，将吸热后的高温导热油与燃料工质之间换热使燃料工质在催化剂的作用下发生热化学反应生成第一合成气；高温导热油泵用于将与燃料工质换热后的高温导热油输送至高温导热油储热罐存储，并在太阳辐射不足的情况下，将高温导热油输送至太阳能热化学反应器以提供热化学反应所需的热量。

6、根据本公开的实施例，太阳能热化学子系统还包括第四阀门、第五阀门和第六阀门，其中：第四阀门设于高温导热油泵与高温导热油储热罐之间的管路上，用于控制高温导热油的流向；第六阀门设于低温导热油泵与低温导热油储热罐之间，用于控制低温导热油的流向；第五阀门设于高温导热油储热罐与低温导热油储热罐之间，用于在高温导热油储热罐与低温导热油储热罐其中之一导热油不足时进行导热油补充。

7、根据本公开的实施例，烟气热化学回热子系统包括一级烟气热化学反应器、二级烟气热化学反应器、钯膜管、吹扫气装置和储氢罐，其中：一级烟气热化学反应器用于利用冷热电输出子系统作功发电后输出的高温烟气与燃料预热器输入的燃料工质换热使燃料工质受热发生热化学反应生成第三合成气；钯膜管用于将第三合成气中的氢气分离；吹扫气装置用于将分离出的氢气通入到储氢罐内存储；二级烟气热化学反应器用于利用分离出氢气后的第三合成气继续发生热化学反应生成第二合成气。

8、根据本公开的实施例，烟气热化学回热子系统还包括第七阀门和第八阀门，其中：第八阀门用于调节冷热电输出子系统输入一级烟气热化学反应器的高温烟气和用于为用户提供冷、热输出的高温烟气的比例；第七阀门用于调节二级烟气热化学反应器输入燃料预热器的中温烟气和用于为用户提供冷、热输出的中温烟气的比例。

9、根据本公开的实施例，冷热电输出子系统包括燃气轮机、吸收式制冷机组和烟气换热器，其中：燃气轮机用于利用分离器或合成气储罐输入的合成气与燃料储罐输入的原料进行燃烧作功发电产生高温烟气，高温烟气输入至一级烟气热化学反应器与燃料工质进行换热；吸收式制冷机组用于利用燃气轮机输入的高温烟气和/或二级烟气热化学反应器输入的中温烟气为用户制冷；烟气换热器用于利用燃气轮机输入的高温烟气和/或二级烟气热化学反应器输入的中温烟气和/或吸收式制冷机组利用后的烟气为用户供热。

10、根据本公开的实施例，冷热电输出子系统还包括第九阀门和第十阀门，其中：第九阀门用于调节分离器输入合成气储罐的合成气和输入燃气轮机的合成气的比例；第十阀门用于调节输入吸收式制冷机组的高温烟气和/或中温烟气和输入烟气换热器的高温烟气和/或中温烟气的比例。

11、根据本公开的实施例，带有蓄热夹层的复合式抛物槽式太阳能反应器为金属管的外侧设置套管层的结构，套管层用于通入导热油；套管层中还设置有扰动结构，扰动结构用于扰动套管层中通入的导热油。

12、根据本公开实施例提供的基于复合太阳能反应器的热化学冷热电联产系统，至少包括以下有益效果：

13、通过太阳能热化学子系统将太阳能转化为化学能，以供冷热电输出子系统燃烧作功为用户提供冷、热输出，将太阳能集热技术与燃料热化学反应进行有机集成，将太阳能转化为化学能，克服了太阳能不连续、不稳定的固有特性，实现了对太阳能的充分利用。

14、进一步地，太阳能热化学子系统的太阳能热化学反应器采用带有蓄热夹层的复合式抛物槽式太阳能反应器，在金属管的外侧再设置一层套管，成为双层套管结构，并在双层套管之间设置了扰动结构，在两管之间的夹层中通入导热油为燃料热化学反应提供高温热源；通过这种结构优化方式，减小了催化床层沿周向的温差，进一步提高了导热油的掺混效果，改善了温度分布与反应所需热量之间的匹配关系，进而使得燃料工质在催化剂的作用下充分发生热化学反应。

15、进一步地，利用设置导热油储热罐对高温导热油进行储热，在太阳能辐射强度不足的情况下进行利用，以保证在太阳辐射不充足时燃料热化学反应的持续稳定进行。

16、进一步地，基于“温度对口，梯级利用”的能源利用原理，在高温烟气直接用于制冷/供暖之前，通过燃料热化学反应实现对烟气余热的充分回收，减少高温烟气与制冷/供热过程之间的换热温差，优化冷热电多联产系统能量梯级利用转化过程。

17、进一步地，烟气热化学回热子系统采用双级燃料热化学反应器，并采用具有分离作用的钯膜管将合成气内的氢气进行分离并储存在储氢罐内，分离后剩余的合成气通入到下一级燃料热化学反应器内进行反应，通过这种方式能够提高燃料的热化学反应深度，增加合成气产量。

18、更近一步地，通过集成储能技术将太阳能和烟气余热以合成气燃料的形式进行储存，并根据用户侧需求，实施不同储能供给策略，在提升了太阳能与烟气余热能量品位的同时，优化了系统的能源结构，提高了系统的调控灵活性，以更好地满足用户需求。