一种基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统及方法与流程

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统及方法。

背景技术：

太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能用于发电时一般都需要使用储能等技术。

热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，在储能反应中，储能材料吸收热量分解成两种物质单独储存，当需要供能时，两种物质充分接触发生反应，将储存的化学能转化为热能并释放出来。热化学储能密度和效率高，适用于太阳能热能的高温高密度储存。热化学储能的体积和重量储能密度远高于显热或者相变蓄热，储能载体可以在常温下长期储存，热化学储能通常可以得到高品位热能，大多数热化学储能载体安全、无毒、价格低廉，而且便于处理。其中，甲烷重整是一种常见的热化学储能体系，储能密度高，原料来源丰富。

在我国西北地区，太阳能资源丰富，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将甲烷重整热化学储能与太阳能光热发电进行有机的结合，会对太阳能光热发电带来巨大变化。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统及方法，将甲烷重整储能与太阳能光热发电相结合，能够实现对太阳能进行平稳持续的利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统，包括集热器2，集热器2的出口与换热器4的热侧入口相连通，换热器4的热侧出口与换热器回路压缩机5的入口相连通，换热回路压缩机5的出口与集热器2的入口相连通；

所述的集热器2的出口与甲烷重整吸热反应器7的壳程入口相连通，甲烷重整吸热反应器7的壳程出口与换热器回路压缩机5的入口相连通；

集热器2对应位置设置有用于将太阳光聚焦于集热器2上的镜场1。

所述的甲烷重整吸热反应器7的管程出口与一氧化碳和氢气储罐9入口相连通，一氧化碳和氢气储罐9的出口与释能工质压缩机11入口相连通，释能工质压缩机11的出口与甲烷合成放热反应器13的管程入口相连通，甲烷合成放热反应器13的管程出口与甲烷和二氧化碳储罐14入口相连通，甲烷和二氧化碳储罐14出口与储能工质压缩机16入口相连通，储能工质压缩机16出口与甲烷重整吸热反应器7的管程入口相连通。

所述的释能工质压缩机11的入口和出口分别设置有释能工质压缩机入口阀10和释能工质压缩机出口阀12，储能工质压缩机16的入口和出口分别设置有储能工质压缩机入口阀15和储能工质压缩机出口阀17。

所述的甲烷合成放热反应器13的壳程出口与换热器4的热侧入口相连通，换热器4的热侧出口与释能回路压缩机20的入口相连通，释能回路压缩机20的出口与甲烷合成放热反应器13的壳程入口相连通。

所述的甲烷合成放热反应器13的壳程出口与换热器4的热侧入口之间设置有释能回路出口阀18，释能回路压缩机20的出口与甲烷合成放热反应器13的壳程入口之间设置有释能回路入口阀19。

所述的换热器4的冷侧出口与发电系统21入口相连通，发电系统21出口与换热器4的冷侧入口相连通。

所述的集热器2的出口与换热器4的热侧入口之间设置有换热回路阀门3。

所述的换热回路阀门3与甲烷重整吸热反应器7的壳程入口之间设置有储能回路入口阀6，甲烷重整吸热反应器7的壳程出口与换热器回路压缩机5的入口之间设置有储能回路出口阀8。

所述的甲烷重整吸热反应器7和甲烷合成放热反应器13均为管壳式。

一种基于甲烷重整储能的太阳能光热发电方法，包括以下步骤：

当太阳辐射充足时，换热回路阀门3、储能回路入口阀6、储能回路出口阀8、储能工质压缩机入口阀15和储能工质压缩机出口阀17开启，释能工质压缩机入口阀10、释能工质压缩机出口阀12、释能回路出口阀18和释能回路入口阀19关闭，经过集热器2加热的传热工质进入换热器4热侧，与发电系统21的发电工质换热后，传热工质进入换热回路压缩机5，经过加压后进入集热器2，完成循环。发电工质在换热器4的冷侧吸热后，进入发电系统21，做功后回到换热器4的冷侧继续吸热，完成循环，一部分传热工质经过储能回路入口阀6进入甲烷重整吸热反应器7的壳程，甲烷和二氧化碳储罐14中的甲烷和二氧化碳经过储能工质压缩机16加压后进入甲烷重整吸热反应器7的管程，甲烷和二氧化碳在管程中发生重整反应吸收传热工质的热量，生成一氧化碳和氢气，进入一氧化碳和氢气储罐9，换热后的传热工质经过储能回路出口阀8进入换热回路压缩机5,经过加压后回到集热器继续吸热；

当没有太阳辐射时，换热回路阀门3、储能回路入口阀6、储能回路出口阀8、储能工质压缩机入口阀15和储能工质压缩机出口阀17关闭，释能工质压缩机入口阀10、释能工质压缩机出口阀12、释能回路出口阀18和释能回路入口阀19开启，一氧化碳和氢气储罐9中的一氧化碳和氢气经过释能工质压缩机11加压后进入甲烷合成放热反应器13的管程，一氧化碳和氢气反应生成甲烷和二氧化碳，释放出热量，与壳程的传热工质换热后，进入甲烷和二氧化碳储罐14，壳程的传热工质经过加热后经过释能回路出口阀进入换热器4的热侧入口，与发电系统21的发电工质换热后，传热工质进入释能回路压缩机20，经过加压后进入甲烷合成放热反应器13继续吸热，完成循环，发电工质在换热器4的冷侧吸热后，进入发电系统21，做功后回到换热器4的冷侧继续吸热，完成循环。

本发明的有益效果：

本发明所述的基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统在具体工作时，通过集热器利用太阳能对传热工质进行加热，并将一部分传热工质送入甲烷重整吸热反应器壳程中，管程中的甲烷和二氧化碳吸热后发生重整反应，吸收了热量。在太阳辐射不足时，将一氧化碳和氢气送入甲烷合成放热反应器管程，发生反应，释放出热量，从而实现甲烷重整储能和太阳能光热发电的有机结合。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

其中，1为镜场、2为集热器、3为换热回路阀门、4为换热器、5为换热回路压缩机、6为储能回路入口阀、7为甲烷重整吸热反应器、8为储能回路出口阀、9为一氧化碳和氢气储罐、10为释能工质压缩机入口阀、11为释能工质压缩机、12为释能工质压缩机出口阀、13为甲烷合成放热反应器、14为甲烷和二氧化碳储罐、15为储能工质压缩机入口阀、16为储能工质压缩机、17为储能工质压缩机出口阀、18为释能回路出口阀、19为释能回路入口阀、20为释能回路压缩机、21发电系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1，本发明所述的基于甲烷重整储能的太阳能光热发电系统，包括集热器2、换热器4、甲烷重整吸热反应器7、一氧化碳和氢气储罐9、甲烷合成放热反应器13、甲烷和二氧化碳储罐14、发电系统21、换热回路压缩机5、释能工质压缩机11、储能工质压缩机16、释能回路压缩机20。集热器2的出口与换热器4热侧的入口相连通，换热器4热侧的出口与换热回路压缩机5入口相连通，换热回路压缩机5出口与集热器2入口相连通。

集热器2的出口与甲烷重整吸热反应器7的壳程入口相连通，甲烷重整吸热反应器7的壳程出口与换热器回路压缩机5的入口相连通。甲烷重整吸热反应器7的管程出口与一氧化碳和氢气储罐9入口相连通，一氧化碳和氢气储罐9的出口与释能工质压缩机11入口相连通，释能工质压缩机11的出口与甲烷合成放热反应器13的管程入口相连通，甲烷合成放热反应器13的管程出口与甲烷和二氧化碳储罐14入口相连通，甲烷和二氧化碳储罐14出口与储能工质压缩机16入口相连通，储能工质压缩机16出口与甲烷重整吸热反应器7的管程入口相连通。甲烷合成放热反应器13的壳程出口与换热器4的热侧入口相连通，换热器4的热侧出口与释能回路压缩机20的入口相连通，释能回路压缩机20的出口与甲烷合成放热反应器13的壳程入口相连通。

换热器4的冷侧出口与发电系统21入口相连通，发电系统21出口与换热器4的冷侧入口相连通。

作为本发明的优选实施方式，本发明还包括换热回路阀门3、储能回路入口阀6、储能回路出口阀8、释能工质压缩机入口阀10、释能工质压缩机出口阀12、储能工质压缩机入口阀15、储能工质压缩机出口阀17、释能回路出口阀18和释能回路入口阀19。

优选的，发电系统21可以是蒸汽朗肯循环发电系统、有机朗肯循环发电系统或者超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

镜场1将太阳光聚集到集热器2上，经过集热器2加热的传热工质进入换热器4热侧，与发电系统21的发电工质换热后，传热工质进入换热回路压缩机5，经过加压后进入集热器2，完成循环。发电工质在换热器4的冷侧吸热后，进入发电系统21，做功后回到换热器4的冷侧继续吸热，完成循环。

当太阳辐射充足时，储能回路入口阀6、储能回路出口阀8、储能工质压缩机入口阀15和储能工质压缩机出口阀17开启，释能工质压缩机入口阀10、释能工质压缩机出口阀12、释能回路出口阀18和释能回路入口阀19关闭。经过集热器2加热的传热工质，一部分经过储能回路入口阀6进入甲烷重整吸热反应器7的壳程，甲烷和二氧化碳储罐14中的甲烷和二氧化碳经过储能工质压缩机16加压后进入甲烷重整吸热反应器7的管程，甲烷和二氧化碳在管程中发生重整反应吸收传热工质的热量，生成一氧化碳和氢气，进入一氧化碳和氢气储罐9。换热后的传热工质经过储能回路出口阀8进入换热回路压缩机5,经过加压后回到集热器继续吸热。

当没有太阳辐射时，换热回路阀门3、储能回路入口阀6、储能回路出口阀8,、储能工质压缩机入口阀15和储能工质压缩机出口阀17关闭，释能工质压缩机入口阀10、释能工质压缩机出口阀12、释能回路出口阀18和释能回路入口阀19开启。一氧化碳和氢气储罐9中的一氧化碳和氢气经过释能工质压缩机11加压后进入甲烷合成放热反应器13的管程，一氧化碳和氢气反应生成甲烷和二氧化碳，释放出热量，与壳程的传热工质换热后，进入甲烷和二氧化碳储罐14，壳程的传热工质经过加热后经过释能回路出口阀进入换热器4的热侧入口，与发电系统21的发电工质换热后，传热工质进入释能回路压缩机20，经过加压后进入甲烷合成放热反应器13继续吸热，完成循环。发电工质在换热器4的冷侧吸热后，进入发电系统21，做功后回到换热器4的冷侧继续吸热，完成循环。

需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如换热回路压缩机5的类型、发电系统21的类型等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。