[发明专利]中低温太阳能热化学互补发电的变辐照调控系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能与化石能源互补发电技术领域，尤其涉及一种中低温太阳能热化学互补发电的变辐照调控系统及方法。

背景技术

太阳能资源丰富，地球截取的太阳能辐射率是全世界用能速率的10000倍。不过由于太阳能固有的间歇性和不稳定性等特点，使得太阳能的利用存在着一些困难。近年来，太阳能热化学利用方式受到学者的广泛关注。太阳能热化学指利用聚光太阳热能驱动吸热反应，将太阳热能转化为太阳能燃料的化学能储存起来。太阳能热化学有效克服了太阳能不连续和能量密度低的缺点。

目前对太阳能热化学的研究集中在高温热化学领域，主要针对设计太阳辐照强度下装置或系统的性能进行研究。经对现有技术的文献检索，申请号为200320127837.X的实用新型专利介绍了一种太阳能热化学分解水制氢的装置。该装置利用太阳能驱动ZnO分解，能够提高太阳能利用效率1～5％。申请号为201310022593.7的发明专利介绍了一种腔体式太阳能高温热化学反应器，该反应器耦合了导热换热，对流换热，辐射换热以及化学反应动力学，为太阳能热化学反应过程提供了高温反应装置。申请号为201210256968.1的发明专利介绍了一种太阳能高温热化学耦合相变反应器。该反应器能降低反应腔的温度梯度，其热化学转化效率能比传统太阳能热化学反应器高8％～21％。以上专利大多关注设计太阳辐照强度下反应器的性能及设计，并没有涉及变辐照时如何提高太阳能热化学反应器的性能。

本申请的研究团队之前提出了“太阳能中低温热驱动的热化学反应制氢系统及方法”发明专利，公开了一种太阳能中低温热驱动的热化学反应制氢系统，利用单轴跟踪的抛物槽式太阳能集热器和管式太阳能吸收反应器，聚集150℃到300℃温度范围的热量，驱动甲醇重整反应制取氢气。该系统将太阳能转化为热能的温度与重整制氢反应所需要的温度匹配，实现了中低温太阳热能的合理利用。同时将太阳能吸收器和反应器设备一体化，简化了系统流程，减小了散热损失。在实际运行中发现，当太阳辐照强度变化时，该申请所提系统存在着燃料转化率低，全年热力性能差的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种中低温太阳能热化学互补发电的变辐照调控系统及方法，以解决目前中低温太阳能与甲醇热化学互补发电系统在变辐照、变工况时系统热力性能差，年均净发电效率低的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种中低温太阳能热化学互补发电的变辐照调控系统，该系统包括甲醇罐1、储水罐2、第一控制阀门3、第二控制阀门4、第三控制阀门5、混合器6、液压泵7、预热器8、第一温度传感器9、换热器10、第二温度传感器11、一体化太阳能吸收反应器12、第三温度传感器13、气液分离器14、内燃机15、液体回收器16、第四控制阀门17和第五控制阀门18，其中：甲醇罐1、第三控制阀门5、液压泵7、预热器8、第一温度传感器9、换热器10、第二温度传感器11和一体化太阳能吸收反应器12依次连接，储水罐2、第一控制阀门3、混合器6、液压泵7、预热器8、第一温度传感器9、换热器10、第二温度传感器11、一体化太阳能吸收反应器12依次连接，一体化太阳能吸收反应器12再依次通过预热器8和第三温度传感器13连接于气液分离器14，气液分离器14依次通过液体回收器16和第四控制阀门17连接于液压泵7，气液分离器14依次通过液体回收器16和第五控制阀门18连接于混合器6，甲醇罐1与混合器6之间通过第二控制阀门4连接，气液分离器14还连接于内燃机15。

上述方案中，当直射太阳辐照强度(DNI)高于预设辐照值时，该系统采用驱动甲醇裂解反应的流程，此时开启第三控制阀门5与第四控制阀门17，第一控制阀门3、第二控制阀门4和第五控制阀门18均保持关闭；25℃的液态甲醇从甲醇罐1中进入液压泵7，在预热器8中吸收反应产物的热量升温，并在换热器10中吸收热量，使一体化吸收反应器12的进口温度维持在150℃；甲醇蒸汽在一体化太阳能吸收反应器12中吸收太阳热能的同时发生甲醇裂解反应，产生H₂和CO的合成气燃料；一体化太阳能吸收反应器12的出口温度在150℃～300℃之间；反应产物经过预热器8后冷凝至26℃，进入气液分离器14分离；未反应的液态甲醇进入液体回收器16，通过第四控制阀门17进入液压泵7准备循环利用；合成气燃料进入内燃机15燃烧发电。