[发明专利]一种利用太阳能的燃气‑超临界二氧化碳联合动力发电系统

说明书

【技术领域】

本发明属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统。

【背景技术】

为解决和应对能源短缺和环境污染等问题，近些年来，政府不断加大对可再生能源研究的资金投入和示范推广及产业化力度，可再生能源在中国能源消费结构中所占的比例逐年提升。这其中，风能作为一种清洁可再生能源，对于替代煤炭发电和二氧化碳减排有着重要作用。太阳能同样是一种重要的可在生能源，并具有分布范围广、资源总量大、洁净无污染等特点，目前对太阳能的利用主要集中在转化为电能、热能、化学能等三个方面，太阳能作为热源使用，技术较为成熟，可以很好通过其运行工质提供足够的热能用来加热。

从80年代以后，由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大程度的提高，特别是燃气-蒸汽联合循环技术渐趋成熟，再加上世界范围内天然气资源的进一步开发，使燃气轮机得到了非常迅速的发展，燃气轮机及其联合循环在世界电力工业中的地位也发生了明显的变化。由于燃机联合循环装置效率高，机动性好，能满足日益严格的环保要求，目前全世界每年新增的装机容量中，有l/3以上系采用燃气-蒸汽联合循环机组，而美国则接近l/2。据不完全统计，全世界现有烧油和烧天然气的燃气轮机及其联合循环的装机总容量已经超过4亿kW。

利用超临界流体拟临界区物性突变现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区，将换热器运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证气体冷却的前提下，降低压缩功耗，实现较高的效率。超临界流体的这一性质使其作为能量转换工质时具有明显的优势。二氧化碳(CO₂)由于其临界压力相对适中(7.38MPa)，具有较好的稳定性和核物理性质，在一定的温度范围内表现出惰性气体的性质，以及其无毒、储量丰富、天然存在等特性，被认为是最具应用前景的能量传输和能量转换工质之一。由于超临界二氧化碳(S-CO₂)在一定的运行参数范围内密度较大且无相变，因此以超临界二氧化碳(S-CO₂)为工质的压缩机、气轮机等动力系统设备结构紧凑、体积较小。布雷顿循环每个组合可以产出20MW的电力，占用空间只有四个立方米。超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿(Brayton)循环轮机通常用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆，目标是最终取代蒸汽驱动的朗肯循环轮机(效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍)。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统，其能够提高发电系统效率，提供稳定供电电源，同时为风能、太阳能的利用以及超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿(Brayton)动力循环的运用提供新思路。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统，包括风力压缩空气系统、太阳能加热系统、燃气轮机发电系统和超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统；其中，

风力压缩空气系统包括风力机组和稳压罐，该风力机组通过变速传动装置组与第一压缩机组连接，第一压缩机组上设有空气入口；

太阳能加热系统包括塔式太阳能集热器，该塔式太阳能集热器包括定日镜、接收器以及集热塔，其中，接收器接收来自定日镜太阳光照，其安装在集热塔的上方，接收器的换热工质进口与第一换热器组的换热工质出口连接，接收器的换热工质出口与第一换热器组的换热工质进口连接，构成一个循环回路，第一换热器组上设有燃料出入口，第一换热器组的燃料出口通过管道与燃料储存装置的进口连接；

燃气轮机发电系统包括燃烧器，燃烧器的气体入口与风力压缩空气系统中的稳压罐的气体出口相连通，燃烧器的燃料入口与太阳能加热系统中的燃料储存装置的出口相连通，燃烧器的出口与燃气透平的进口连接，燃气透平的出口与第二换热器组的进口连接，燃气透平通过轴系与燃气轮机发电机连接；