本實用新型涉及一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，屬于分布式能源技術領域。

背景技術：

太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源，是未來可再生能源的發(fā)展方向之一，其中太陽能熱發(fā)電是太陽能利用的一類重要技術手段，近年來這項技術發(fā)展十分迅速。但是，以單純的太陽能模式運行的太陽能熱電站存在許多問題，特別是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的投資和發(fā)電成本較高，儲熱技術還不夠成熟。因此，太陽能與其它能源綜合互補的利用模式，不僅可以有效地解決太陽能利用不穩(wěn)定的問題，還可利用其它發(fā)電技術的優(yōu)勢。對于分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以考慮將燃氣與太陽能熱相結(jié)合，形成互補發(fā)電系統(tǒng)，并且應用先進的動力循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)比現(xiàn)有的蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)更高的效率和更小的體積。

近年來，超臨界二氧化碳循環(huán)成為熱點，并且被認為具有諸多潛在優(yōu)勢。二氧化碳的臨界點為31℃/7.4MPa，在溫度和壓力超過臨界點時的狀態(tài)為超臨界態(tài)。超臨界二氧化碳循環(huán)的研究始于上世紀四十年代，在六、七十年代取得階段性研究成果，之后主要由于透平機械、緊湊式熱交換器制造技術不成熟而中止，直至本世紀初，超臨界二氧化碳循環(huán)的研究在美國再度興起，并為世界其它國家所關注。由于二氧化碳化學性質(zhì)穩(wěn)定、密度高、無毒性、低成本，循環(huán)系統(tǒng)簡單、結(jié)構緊湊、效率高，超臨界二氧化碳循環(huán)可以與各種熱源組合成發(fā)電系統(tǒng)，被認為在火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、余熱發(fā)電、地熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等領域具有良好的應用前景。

以燃氣及太陽能熱作為熱源，燃氣作為高溫熱源，而太陽能熱作為低溫熱源，采用超臨界二氧化碳循環(huán)可以組成新型發(fā)電系統(tǒng)或冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，不但可獲得較高的發(fā)電效率，并且系統(tǒng)簡單、結(jié)構緊湊、發(fā)電成本較低，十分適用于分布式能源。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是將燃氣與太陽能熱相結(jié)合，組成高溫、低溫熱源互補的發(fā)電系統(tǒng)，提高發(fā)電效率，并且使系統(tǒng)更加緊湊和小型化。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)，太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)經(jīng)由傳熱回路與溴化鋰吸收式制冷機，溴化鋰吸收式制冷機經(jīng)由傳熱回路獲得太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)中的熱量，溴化鋰吸收式制冷機同時還獲得二氧化碳透平排出工質(zhì)的余熱，并依次傳遞至空氣預熱器、冷卻器一、帶中間冷卻的多級壓縮機、冷卻器二，溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)生的冷量傳遞給冷媒后，被分別送至冷卻器一、帶中間冷卻的多級壓縮機、冷卻器二，再回到溴化鋰吸收式制冷機重新接收冷量，冷卻器二輸出的冷卻后的工質(zhì)一方面回到太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)重新吸收熱量后輸入燃氣爐，另一方面經(jīng)由低溫煙氣換熱器吸收燃氣爐排出煙氣熱量后再輸入燃氣爐，輸入燃氣爐的工質(zhì)吸收燃氣爐爐膛中的熱量后再通往二氧化碳透平膨脹做功以推動發(fā)電機發(fā)電；

鼓風機與空氣預熱器相連，鼓風機產(chǎn)生的空氣經(jīng)過空氣預熱器加熱后進入燃氣爐中，同時，燃氣經(jīng)由燃氣入口進入燃氣爐中，燃氣爐排出煙氣的余熱經(jīng)由煙氣排放口通過低溫煙氣換熱器傳遞給工質(zhì)。

優(yōu)選地，所述太陽能熱收集和儲存子系統(tǒng)包括熱媒循環(huán)泵一、太陽能集熱器及儲熱罐，儲熱罐的出口端經(jīng)由熱媒循環(huán)泵一與太陽能集熱器的進口端相連，太陽能集熱器的出口端與儲熱罐的進口端相連。

優(yōu)選地，所述傳熱回路包括設于所述儲熱罐內(nèi)的換熱器一和設于所述溴化鋰吸收式制冷機內(nèi)的換熱器二，換熱器一經(jīng)由熱媒循環(huán)泵二與換熱器二相連。

優(yōu)選地，所述溴化鋰吸收式制冷機的熱量通過水冷器排至環(huán)境。

優(yōu)選地，所述溴化鋰吸收式制冷機通過換熱器三將冷量傳給冷媒，換熱器三連接冷媒循環(huán)泵，冷媒循環(huán)泵出口分為三路，分別通往所述冷卻器一、所述帶中間冷卻的多級壓縮機和所述冷卻器二。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型中的燃氣與太陽能熱相結(jié)合，高溫、低溫熱源互補，超臨界二氧化碳循環(huán)利用燃氣和太陽能熱進行發(fā)電，可發(fā)揮超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電效率高的優(yōu)勢，并可實現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供。

2、本實用新型的系統(tǒng)簡單，結(jié)構緊湊，發(fā)電成本較低，可實現(xiàn)小型化和模塊化，適用于分布式能源。

3、本實用新型的太陽能集熱器工作溫度低，可采用低成本的平板或真空管集熱器，有利于降低系統(tǒng)造價。

附圖說明

圖1為本實施例提供的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；

其中，1-熱媒循環(huán)泵一，2-太陽能集熱器，3-儲熱罐，4-熱媒循環(huán)泵二，5-換熱器一，6-換熱器二，7-水冷器，8-換熱器三，9-冷媒循環(huán)泵，10-鼓風機，11-二氧化碳泵，12-換熱器四，13-低溫煙氣換熱器，14-高溫煙氣換熱器，15-二氧化碳透平，16-發(fā)電機，17-換熱器五，18-溴化鋰吸收式制冷機，19-空氣預熱器，20-冷卻器一，21-帶中間冷卻的多級壓縮機，22-冷卻器二，23-燃氣入口，24-燃氣爐，25-煙氣排放口。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

圖1為本實施例提供的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構示意圖，所述的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由以下部件組成：

熱媒循環(huán)泵一1，用于驅(qū)動傳熱介質(zhì)流動，通過傳熱介質(zhì)從太陽能集熱器2中吸收熱量；

太陽能集熱器2，用于吸收太陽光輻射能量并轉(zhuǎn)換為熱能，可采用平板或真空管集熱器，工作溫度為120-200℃，采用的傳熱介質(zhì)為導熱油或其它適用介質(zhì)；

儲熱罐3，用于儲熱太陽能熱；

熱媒循環(huán)泵二4，用于驅(qū)動傳熱介質(zhì)流動，通過傳熱介質(zhì)從儲熱罐3中吸收熱量用于溴化鋰吸收式制冷機18制冷；

換熱器一5，用于將儲熱罐3的熱量傳遞給傳熱介質(zhì)；

換熱器二6，用于將傳熱介質(zhì)的熱量釋放給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器；

熱媒循環(huán)泵二6、換熱器一5和換熱器二6組成的傳熱回路中的采用的傳熱介質(zhì)為導熱油或其它適用介質(zhì)，工作溫度為150-200℃；

水冷器7，用于將溴化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的熱量釋放至環(huán)境；

換熱器三8，用于將化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的冷量傳給冷媒水；

冷媒循環(huán)泵9，用于驅(qū)動冷媒水流動；

鼓風機10；用于向燃氣爐24提供空氣；

二氧化碳泵11，用于二氧化碳工質(zhì)增壓，出口壓力為15-25MPa；

換熱器四12，用于使二氧化碳工質(zhì)吸收儲熱罐3的熱量；

低溫煙氣換熱器13，用于使二氧化碳工質(zhì)吸收燃氣爐24排出煙氣熱量；

高溫煙氣換熱器14，用于使二氧化碳工質(zhì)吸收燃氣爐24爐膛中的熱量，由兩個或兩個以上不同工作溫度的換熱器組合；

二氧化碳透平15，用于將二氧化碳工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，入口溫度為450-650℃，出口壓力為1-3MPa；

發(fā)電機16，用于將二氧化碳透平15輸出的機械能轉(zhuǎn)換成電能，發(fā)電功率為幾百千瓦至幾千千瓦；

換熱器五17，用于將二氧化碳透平15排出工質(zhì)的熱量傳遞給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器；

溴化鋰吸收式制冷機18，用于產(chǎn)生冷量，通過換熱器二6、換熱器五17將熱量輸入發(fā)生器，冷量由冷媒回路輸出至冷卻器一20，帶中間冷卻的多級壓縮機21，冷卻器二22，產(chǎn)生的熱量由水冷器7排出，溴化鋰吸收式制冷機18為雙效制冷機；

空氣預熱器19，用于預熱進入燃氣爐24的空氣；

冷卻器一20，用于冷卻二氧化碳工質(zhì)；

帶中間冷卻的多級壓縮機21，用于逐級增壓二氧化碳工質(zhì)并中間冷卻，級數(shù)為3級或3級以上；

冷卻器二22，用于冷卻二氧化碳工質(zhì)至液態(tài)；

燃氣入口23，用于注入燃氣至燃氣爐24；

燃氣爐24，用于燃氣燃燒產(chǎn)生熱量，所用的燃氣為天然氣、煤氣或其它適用燃料；

煙氣排放口25，用于燃氣爐24煙氣排放；

系統(tǒng)的各個設備之間通過管道連接，根據(jù)系統(tǒng)控制需要，管道上可布置閥門、流體機械、儀表。組成系統(tǒng)的其它部分還有輔助設施、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)等。

上述的一種基于燃氣及太陽能熱的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作方法如下：

在熱媒循環(huán)泵一1的驅(qū)動下傳熱介質(zhì)從儲熱罐3輸送至太陽能集熱器2，太陽能集熱器2吸收太陽光輻射能量，并加熱其中的傳熱介質(zhì)，加熱后的傳熱介質(zhì)輸送至儲熱罐3，如此循環(huán)使儲熱罐3中的傳熱介質(zhì)達到預期的溫度(例如：150℃)并同時將熱量儲存其中，用于為溴化鋰吸收式制冷機18提供一部分熱量，以及為二氧化碳泵11輸出的二氧化碳工質(zhì)提供一部分熱量。

在熱媒循環(huán)泵二4的驅(qū)動下傳熱介質(zhì)循環(huán)流動，通過換熱器一5從儲熱罐3吸收熱量，再通過換熱器二6將熱量傳給溴化鋰吸收式制冷機18中的發(fā)生器，水冷器7將溴化鋰吸收式制冷機18產(chǎn)生的熱量釋放至環(huán)境，從而使溴化鋰吸收式制冷機18實現(xiàn)制冷工作，二氧化碳透平15排出的二氧化碳工質(zhì)的一部分熱量通過換熱器五17也提供給溴化鋰吸收式制冷機18用于制冷，溴化鋰吸收式制冷機18通過換熱器三8將冷量傳給冷媒，冷媒循環(huán)泵9出口分為三路，分別通往冷卻器一20、帶中間冷卻的多級壓縮機21和冷卻器二22，冷卻二氧化碳工質(zhì)，冷媒最后再經(jīng)換熱器五17返回至冷媒循環(huán)泵9。

鼓風機10將空氣輸送至空氣預熱器19加熱，再送往燃氣爐24，燃氣通過燃氣入口23進入燃氣爐24，燃氣在燃氣爐24中燃燒產(chǎn)生的熱量通過高溫煙氣換熱器14和低溫煙氣換熱器13傳給二氧化碳工質(zhì)。

在超臨界二氧化碳循環(huán)回路中，二氧化碳泵11將液態(tài)的低溫二氧化碳工質(zhì)增壓至高壓(例如：升至20MPa)，之后分為兩路，一路通往換熱器四12，從儲熱罐3吸收熱量，另一路通往低溫煙氣換熱器13，吸收燃氣爐24排出煙氣熱量，二氧化碳工質(zhì)在加熱過程中溫度超過臨界溫度后轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)，然后兩路二氧化碳工質(zhì)合并成一路進入高溫煙氣換熱器14，吸收燃氣爐24爐膛中的熱量，高溫二氧化碳(例如：500℃)工質(zhì)進入二氧化碳透平15，二氧化碳工質(zhì)膨脹做功并推動發(fā)電機16發(fā)電，二氧化碳透平15排出的二氧化碳工質(zhì)壓力降低(例如：2MPa)，溫度也降低，之后先經(jīng)過換熱器五17，將一部分熱量用于溴化鋰吸收式制冷機18的制冷，再經(jīng)過空氣預熱器19將一部分熱量傳給鼓風機10排出的空氣以節(jié)省燃氣爐24的燃料消耗，然后二氧化碳工質(zhì)經(jīng)過冷卻器一20降溫(例如：降至10℃)，再經(jīng)帶中間冷卻的多級壓縮機21逐級增壓(例如：分4級)，級與級之間中間冷卻(例如：降至10℃)以減少壓縮功耗，二氧化碳工質(zhì)壓力升高(例如：5MPa)，再經(jīng)冷卻器二22降溫至液態(tài)(例如：10℃)，液態(tài)的低溫二氧化碳工質(zhì)最后回到二氧化碳泵11，如此完成超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電。

本實用新型的系統(tǒng)也可用于冷熱電三聯(lián)供，溴化鋰吸收式制冷機18可用于供冷，供熱所需熱量可由燃氣爐24、儲熱罐3、二氧化碳透平15排氣提供，超臨界二氧化碳循環(huán)提供電能。