[实用新型]一种利用太阳能驱动二氧化碳热分解的零排放发电系统

说明书

本实用新型公开了属于太阳能热发电领域的一种利用太阳能驱动二氧化碳热分解的零排放发电系统。该系统主要由太阳能高温热化学反应器、回热器、储气室、燃烧室、透平、压缩机、泵等部分组成。在该系统中，聚集的高温太阳能为二氧化碳热化学分解提供热量，产生一氧化碳和氧气经加压送入燃烧室燃烧直接加热驱动二氧化碳动力循环发电；热化学产生的多余一氧化碳和氧气储存在储气室内，以适应太阳能辐射强度的变化。该系统利用太阳能高温热化学反应进行稳定储能，通过二氧化碳动力循环进行高效清洁发电；二者耦合，可避免太阳能波动对发电单元的影响，实现太阳能热发电高效稳定输出。

技术领域

本实用新型属于太阳能热发电领域，特别涉及一种利用太阳能驱动二氧化碳热分解的零排放发电系统；具体说是一种基于二氧化碳高温热化学的太阳能燃料集成于富氧燃烧直接加热的二氧化碳发电系统。

背景技术

太阳能是储量最丰富的可再生能源，每小时到达地球表面的太阳能几乎可以满足人类目前一年内的能量需求。但是传统的光热、光伏发电受太阳能辐射强度波动性、间歇性的影响较大，为了保证电力的稳定输出，往往需要储能技术。太阳能热化学被认为是一种非常有潜力的将热能转化成化学能的储能方式，其中基于金属氧化物的太阳能热化学循环分解二氧化碳获得一氧化碳得到了越来越广泛的研究。该循环利用金属氧化物的氧化-还原反应，通过高价态金属氧化物与其低价态金属氧化物或者金属态之间互相转化实现对二氧化碳的分解，以基于氧化铈的二氧化碳两步分解为例，反应方程如下：

第一步：

第二步：CeO_2-δ+δCO₂→CeO₂+δCO

净反应：

由此可见，该过程可将CO₂分解成CO和O₂，并且由于分为两部反应，两种反应产物可以在不同出口收集，无需增加分离设备。

富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环被认为是一种非常有潜力的碳基燃料高效零排放发电的技术手段。在该动力循环中，含碳燃料与氧气燃烧，直接加热高压超临界二氧化碳，产生的高温高压烟气进入透平做功发电。由于该循环的运行工质和燃烧产物均为二氧化碳，可方便的从透平排气中分离出燃烧产生的二氧化碳，无需复杂的捕碳设备；同时利用超临界二氧化碳在临界点附近压缩耗功小以及采用回热手段，可实现高效发电。但是常规的富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环以常规的化石能源为燃料，燃烧所需的氧气往往来自耗电量巨大的空分单元，并且燃烧产物中含有硫化物、氮氧化物以及水分等杂质，需要复杂的净化分离装置。如果基于金属氧化物的太阳能热化学循环分解二氧化碳获得的一氧化碳和氧气应用于富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环，可以避免化石能源的消耗，并且省去空分、净化分离装置等设备。

有鉴于此，提出了一种利用太阳能驱动二氧化碳热分解的零排放发电系统，将基于二氧化碳的太阳能热化学循环与富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环合理耦合，可以克服太阳能波动性、间歇性对发电单元的影响，同时实现高效清洁发电，在太阳能热发电领域具有良好的应用前景。

实用新型内容