[发明专利]太阳能和生物质能互补有机朗肯循环热电联产系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于有机朗肯循环的太阳能和生物质能综合互补热电系统，特别涉及抛物面槽式太阳能集热器与循环流化床生物质气化炉采用并联的耦合方式，属于可再生能源利用领域。

背景技术

在我国，火电机组承担着约80%的发电量，每年消耗的煤炭占总消耗量近50%，以煤为主的能源结构使我国面临严峻的资源环境问题，因此寻求新的可替代能源是现阶段亟待解决的能源战略问题。近年来，新能源因其可再生、无污染等优势而引起了广泛的关注，对我国调整能源结构、促进可再生能源利用以及建设低碳社会将产生重大的意义。

我国拥有十分丰富的太阳能资源，陆地表面每年大约可接受50×10¹⁸kJ的太阳能，西藏是太阳能最丰富的地区，年辐射量达9210MJ/m²，仅次于撒哈拉沙漠，居世界第二位。目前太阳能的利用主要有光伏和光热2种方式，但高额的投资和发电成本已经严重阻碍了其发展，据国际能源署预测，太阳能热发电是发电成本最有希望接近燃煤发电机组的技术，在美国已有9座太阳能热发电系统投入运营，其总装机容量达354MW，单系统最大装机容量达80MW，是世界上最大的太阳能热发电系统。研究表明，模块化槽式有机朗肯循环系统可能是风险最小且投资回报效益最高的太阳能热发电技术，采用抛物面槽式太阳能集热器直接蒸汽产生系统可使工质参数达到400℃，具有良好的发展前景。

生物质能是继煤炭、石油、天然气之后的全球第四大能源，据统计，我国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年，折合33亿吨标准煤，但目前利用程度只有2%左右，可开发潜力巨大。在生物质能发电领域中，采用有机工质的朗肯循环比采用水蒸汽为工质的郎肯循环表现出更高的性能，同时由于其CO₂净排放量近似为0，具有良好的环保效益，对我国减排CO₂具有重要意义。

目前，太阳能和生物质能综合互补发电系统主要存在以下不足：

一、对于太阳能和生物质能互补发电系统循环工质的选择，中国发明专利：一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统，专利号为：201019026107.2，该专利采用水为朗肯循环工质，水的沸点和气化潜热都比有机工质高，因此对太阳能集热器和生物质能气化装置的工作强度要求高，系统比较复杂。

二、太阳能和生物质能采取串联的耦合方式而不是并联，中国发明专利：低温太阳能-生物质能热电联供系统，专利号为：201010237550.7，该专利中太阳能集热器选取真空平板式，传热工质经真空平板式太阳能集热器预热后送入生物质气化炉中继续吸热，因两者采用串联的集成方式，在生物质气化炉出现故障的情况系统无法正常运行，安全性不高。

发明内容

本发明综合利用太阳能和生物质能两种新能源进行互补发电，可有效弥补背景技术中的缺陷，采用抛物面槽式太阳能集热器，并且与循环流化床生物质气化炉进行并联的耦合方式，这种集成方式可确保在循环流化床生物质气化炉或者抛物面槽式太阳能集热器发生故障时系统仍可正常运行，安全性能高。另外采用有机物作为朗肯循环的工质，因其沸点低、潜热小，从而可有效降低太阳能集热器和循环流化床生物质气化炉的工作强度。另外，我国拥有十分丰富的太阳能和生物质能资源，并且其CO₂净排放量近似为0，因此本发明可作为促进新能源大规模利用以及调整能源结构的一个创新。

本发明太阳能和生物质能互补有机朗肯循环热电联产系统包括:有机工质蒸发器、循环泵、循环流化床生物质气化炉、抛物面槽式太阳能集热器、汽轮机、发电机、余热换热器、冷凝器，所述循环流化床生物质气化炉与抛物面槽式太阳能集热器采取并联的耦合方式，该系统各部件的连接关系如下：从有机工质蒸发器中流出的低温换热流体经循环泵后，分为两部分，一部分到循环流化床生物质气化炉中吸热，另一部分经抛物面槽式太阳能集热器加热，当被加热的换热流体达到生物质气化炉出口的设定参数后进入有机工质蒸发器，在其中对有机工质进行放热，被加热的有机工质达到额定参数后到汽轮机做功，从而驱动发电机发电，汽轮机的排气经余热换热器放热，再经冷凝器冷凝后返回有机工质蒸发器，完成整个热力循环。

进一步，所述低温换热流体经循环泵后，经三通分流调节阀分为两部分。

进一步，所述抛物面槽式太阳能集热器采用直接蒸汽产生系统。

进一步，被加热的换热流体达到设定参数后经三通分流调节阀混合进入有机工质蒸发器中。

进一步，所述余热换热器放出的热量被循环水泵的给水吸收。