[实用新型]一种超临界二氧化碳布雷顿复叠循环太阳能热发电系统

说明书

本实用新型涉及一种超临界二氧化碳布雷顿复叠循环太阳能热发电系统。包括塔式聚光集热系统、超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统、储热系统和蒸汽朗肯循环发电系统；超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统作为顶层循环，蒸汽朗肯循环发电系统作为底层循环；储热系统位于底层循环；白天工作时，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统在稳定的工况下运行，透平气轮机的尾气余热用于加热底层蒸汽循环的熔融盐进行储热；当热盐罐液位达到设计最高液位的95%时，底层蒸汽循环开启，底层系统进入边储热边发电状态；夜晚或阴天时，利用熔融盐热罐中的熔融盐在熔融盐蒸汽发生器产生蒸汽驱动底层汽轮机发电，冷却后的熔融盐回流至熔融盐冷罐中，此时顶部的布雷顿循环处于停机状态。

技术领域

本实用新型属于太阳能热发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿复叠循环太阳能热发电系统。

背景技术

与光伏发电相比，太阳能热发电是一种可以与廉价的储热系统相匹配的发电技术，可以稳定、持续的输出电力，是一种可灵活调节的电源。为保持电网稳定性，灵活性调节装机需保持在一定比例，太阳能热发电引起了广泛的关注。为了提高系统的综合效率，下一代光热发电系统有向更高的集热温度发展趋势。塔式太阳能热发电采用点聚焦的聚光方式，拥有更高的聚光倍数，更容易达到较高集热温度。随着温度的升高当超过700℃，水蒸气与金属材料之间的化学反应明显加剧，因此传统的蒸汽朗肯循环无法再满足上述条件。超临界二氧化碳布雷顿循环具有运行温度高，循环效率高，结构紧凑等优势。同时二氧化碳是一种惰性气体，对系统的设备腐蚀小。但是基于超临界二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能光热发电系统，仍然面临一些技术问题和挑战：

1）在相同装机容量的循环系统中，超临界二氧化碳布雷顿循环的工质流量是传统蒸汽朗肯循环的数倍。使得超临界系统管路压力损失急剧增加，严重系统的循环效率，同时需要匹配体积更大的换热器。

2）采用单级超临界二氧化碳布雷顿循环的系统无法再整个200~700℃宽运行温度区间都保持一种最佳的工作状态。超临界二氧化碳布雷顿循环只有在更高运行温度区间才能表现出更明显的优势，在低温区间其性能可能较传统蒸汽动力循环没有明显的优势。此外超临界二氧化碳布雷顿循环的气轮机的排气温度较高，气轮机尾气经过回热器回热后，直接通过冷却器冷却，造成大量的热量损失，降低系统热效率。

3）由于熔融盐在600℃以上具有不稳定性，传统熔融盐无法满足更高温的储热要求。目前还没有更高温储热成熟储能蓄热方案，同时也限制了超临界二氧化碳在塔式电站中的应用。

实用新型内容

针对上述问题，结合布雷顿和蒸汽朗肯两种循环的优点，本实用新型提出了一种超临界二氧化碳布雷顿复叠循环太阳能热发电系统。

本实用新型采用超临界二氧化碳布雷顿循环作为顶层循环，传统蒸汽朗肯循环作为底层循环；采用超临界二氧化碳传热、熔融盐储热解决方案，提高动力循环效率。

一种超临界二氧化碳布雷顿复叠循环太阳能热发电系统包括塔式聚光集热系统2，所述塔式聚光集热系统2包括塔式定日镜和吸热塔；

还包括布雷顿循环发电系统1、储热系统3和蒸汽朗肯循环发电系统4；

所述布雷顿循环发电系统1包括压气机11、透平气轮机12、第一发电机13、超临界二氧化碳熔盐换热器14的二氧化碳侧、回热器15、冷却器16、超临界二氧化碳工质泵17和超临界二氧化碳吸热器；布雷顿循环发电系统1中的工质为超临界二氧化碳工质；所述超临界二氧化碳吸热器位于吸热塔的吸热端；

所述储热系统3包括熔融盐冷罐31、熔融盐热罐32、第二熔融盐泵34、第一熔融盐泵35、熔融盐蒸汽发生器46的熔融盐侧和超临界二氧化碳熔盐换热器14的熔融盐侧；储热系统3具有储能和调峰作用；

所述蒸汽朗肯循环发电系统4包括蒸汽轮机41、第二发电机42、蒸汽冷凝器43、给水泵44、第一阀门45和熔融盐蒸汽发生器46的蒸汽侧；