[实用新型]一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及低碳与能源技术领域，尤其涉及一种以二氧化碳为工质，利用太阳能和/或生物质为能源的适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，生物质发电、太阳能发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。

今天，生物质发电技术已成熟应用，但由于现有的生物质发电系统庞大、投资也很高，不适宜于地域广大而分散的乡村，加之运输成本问题不宜远距离运输，导致大量的生物质如秸秆、稻草等被遗弃或就地焚烧，严重污染环境，也影响空中飞行安全，虽然各级政府年年依法严查督办，但在电费仍昂贵乃至缺电的乡村，大量的生物质被就地焚烧大区域污染空气影响航空安全的事件仍屡禁不止。究其原因是缺少一种适应于广大乡村的生物质发电方法。而另一方面，投资仅数千元至数十万元不等的各类中小型燃煤沸腾炉、炉排炉、层燃炉及以高硫石煤为燃料的改进型沸腾炉在广大乡村乃至乡镇县城上得以普遍采用。

而随CCS技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（PCHE），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30%以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40% 到50%，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷却器出口即压气机吸入口（循环起点）的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。显然，现有的超临界CO₂循环发电技术方案并不适合我国乡村。

在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO₂为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的乡村场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于乡村的环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。现有的各类利用太阳能发电方法与广阔的乡村状况大多极不匹配。

鉴于此，迫切需要开发一种适应于乡村状况的、利于广阔乡村节能减排的超临界CO2发电的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可就近利用乡村中量大的可再生生物质资源和太阳能为能源、且运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低的适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统。