[发明专利]太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置

权利要求书

1.所述太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置包括槽式太阳能热发电系统，由聚光阵列及其控制装置、储热罐、传热介质、蒸发器、压力泵组成；风电系统，光伏发电系统；半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电系统，由主涡轮透平、副涡轮透平、燃烧室、回热器、换热器、主压气机、副压气机、冷凝器、汽水分离装置、二氧化碳气包、储水罐；发电机组；压力泵、三通阀、二氧化碳气体管道；燃气储气柜，天然气接口；控制系统组成；电解水制氢和二氧化碳加氢甲烷化装置，含氧气储罐、氢气储罐、换热器、冷凝器、备份的空分机组和辅助的氮气储罐、氩气储罐；压力泵；蒸汽朗肯循环发电系统含蒸发器，涡轮透平、发电机组、冷凝器，压力泵，除氧装置；为交流电配置的电源整流器以连接电解水制氢装置，其特征在于：槽式太阳能聚光阵列出口通过三通阀连接高温换热器的进口，同时连接储热罐进口，对应的高温换热器出口连接三通阀进口，三通阀两个出口分别连接储热罐进口和蒸发器进口，储热罐出口通过三通阀分别连接两个压力泵的进出口，其中蒸发器出口连接压力泵进口，压力泵出口与储热罐出口的三通阀一端连接，三通阀另一端出口连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式太阳能聚光阵列进口，完成光热转换和互补储热循环；蒸发器蒸汽发生端出口连接换热器过热蒸汽进口端，其出口顺序连接蒸汽涡轮透平、冷凝器、压力泵以及补水三通阀和蒸发器，实现蒸汽朗肯循环发电；所述半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电系统的燃烧室一端出口连接主、副涡轮透平进口，主涡轮透平同轴驱动发电机，主涡轮透平出口连接换热器一端进口，换热器出口连接回热器出口和冷凝器进口，冷凝出口连接汽水分离装置，汽水分离装置出口分别连接储水罐和二氧化碳汽包，二氧化碳汽包连接主、副压气机进口，主压气机出口连接另一端回热器进口，回热器出口连接换热器进口，对应的出口连接燃烧室进口，以输送加压后的高温二氧化碳气，燃烧室另两个进口连接氧气罐出口和存储天然气的储气柜出口，副涡轮透平同轴带动主、副压气机运转，副涡轮透平出口连接回热器进口；副压气机出口连接二氧化碳加氢甲烷化制备装置进口；主压气机出口连接回热器进口，出口连接换热器进口，储水罐一端连接压力泵，压力泵出口连接换热器进口，相对应的出口连接固体氧化物电解水制氢装置进行高温蒸汽电解制氢，或绕过换热器输送水至碱性电解水制氢装置；制取的氧气通过气体管道连接氧气储罐至燃烧室与甲烷混合燃烧，制取的氢气通过氢气储罐和气体管道连接二氧化碳加氢甲烷化制备装置另一进口，与来自副压气机的加压二氧化碳气混合制备甲烷，出口连接储气柜；储气柜另一进口连接天然气输送管道；储气柜出口连接燃烧室，输送天然气或两者的混合气体；燃烧室出口连接主、副涡轮透平进口，实现半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿互补热发电循环；电解水制氢装置连接电源整流器，电源整流器接收来自太阳能、风能或其他可再生能源电力，或电网超负载过剩电力；二氧化碳加氢甲烷化制备装置高温蒸汽出口依次连接换热器和冷凝器、储水罐，换热器另一端或接入有机朗肯热发电装置，或连接其他热利用装置；或将高温蒸汽直接输送蒸发器升温后用于电解制氢；

1)所述槽式太阳能热发电系统可用塔式、菲涅尔式、碟式太阳能热发电系统替代；

2)所述储热罐系填充式储热装置，填充物包括陶瓷、花岗岩、玄武岩、火成岩、石英岩或其混合物；或回收的具有较高导热系数的金属冶炼废渣，包括铁渣、钢渣、铝渣、铜渣，制作成型放置在储热罐中；或成型的耐高温水泥储热装置；或在陶瓷或金属容器中存放的熔盐；

3)所述传热介质为导热油、或高温硅油、或低结晶点熔盐；

4)所述电解水制氢装置为固体氧化物电解制氢装置(SOEC)；或聚合物(SPE)制氢设备；或高温电解水制氢装置；或碱性电解水制氢装置；

5)所述天然气可由沼气、煤层气、煤制气、生物质气、合成气、可燃冰气替代；或烷烃类液态燃料包括甲醇、乙醇、二甲醚、液化天然气、液化石油气替代。

2.根据权利要求1所述太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置，不设置槽式太阳能热发电系统，但保留蒸汽透平发电装置，其特征在于：来自储水罐的水工质经压力泵连接蒸发器进口，经高温气化后成过热蒸汽直接驱动蒸汽透平做功发电，蒸汽透平出口排出的蒸汽与来自主压气机经回热器升温加压后的二氧化碳气混合，一同进入燃气室与纯氧和天然气或甲烷气混合燃烧，产生的高温混合气体同时驱动超临界二氧化碳布雷顿热发电系统的主、副涡轮透平做功，来自主涡轮透平的高温混合气通过蒸发器与来自副涡轮透平的高温混合气一同进入回热器，之后进入冷凝器，冷凝产生的混合物进入汽水分离装置，分离出的水进入储水罐，分离出的二氧化碳气进入二氧化碳汽包，其中一部分作为动力工质进入主压气机，经主压气机提升压力后经回热器升温升压，并于来自蒸汽涡轮透平排出的蒸汽混合再次进入燃烧室；或蒸汽涡轮透平排出的蒸汽直接送冷凝器，而经回热器升温升压的二氧化碳气直接进入燃气室与纯氧和天然气或甲烷气混合燃烧；经副压气机加压后的二氧化碳进入加氢甲烷化制备装置；储水罐一端连接压力泵，压力泵出口连接电解水制氢装置，或经蒸发器连接固体氧化物电解水制氢装置进行电解，制取的氧气送氧气罐，然后送燃烧室；制取的氢气通过储氢罐进入二氧化碳加氢甲烷化装置制备甲烷，制备的甲烷气进入储气柜，储气柜另一进口连接天然气输送管道。