[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

说明书

本发明太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置将槽式太阳能热发电技术有机嫁接在半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电系统中，通过互补储热循环发电以规避太阳能热发电不稳定不连续的先天缺陷；同时利用纯氧燃气发电产生的水进行电解制氢制氧，汽水分离出的二氧化碳除作动力工质外，其余部分进行加氢甲烷化制备，并将制备的甲烷气进行存储，而利用可再生能源电解水制氢获得的氧气用于系统自身的纯氧燃气布雷顿高效发电；系统冷凝产生的水和加氢甲烷化产生的水存储之后将直接提供给槽式太阳能热发电系统循环使用，以及作为清洗太阳能镜场的用水来源。该发明属太阳能热发电和高温热化学跨学科技术领域。

技术领域

本发明太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置将槽式太阳能热发电技术有机嫁接在半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电系统中，通过互补储热循环发电以规避太阳能热发电不稳定不连续的先天缺陷；同时利用纯氧燃气发电产生的水进行电解制氢制氧，汽水分离出的二氧化碳除用作动力工质外，其余部分进行加氢甲烷化制备，并将制备的甲烷气进行存储，而利用可再生能源电解水制氢获得的氧气用于系统自身的纯氧燃气布雷顿高效发电；系统冷凝产生的水和加氢甲烷化产生的水存储之后将直接提供给槽式太阳能热发电系统循环使用，以及作为清洗太阳能镜场的用水来源。该发明属太阳能热发电和高温热化学跨学科技术领域。

背景技术

自从国际社会倡导减少燃煤或燃气电厂二氧化碳和氮氧化物排放以来，零排放纯氧燃气发电技术也即半闭式超临界二氧化碳布雷顿燃气热发电技术得到进一步开发，例如奥地利格拉茨理工大学提出的“格拉茨循环”模式，美国清洁能源公司CES提出的DSG模式，相同点都力求将半闭式超临界二氧化碳布雷顿循环和蒸汽朗肯循环发电加以结合，拟实现高达70％的热循环效率，虽然这些技术都进行过小规模验证，但商业开发未获进展。近期美国八河流公司声称采用“阿拉姆循环”模式可实现零排放燃气发电，目前一个规模为25兆瓦的中试项目已在美国德克萨斯州拉博德市建立。作者检索到该企业在我国的专利如201180016993.6等，2018年初美国麻省理工学院将该技术列为年度十大发明之一，认为该技术有可能改变世界能源格局。而武汉凯迪在我国较早在其公开的专利201210121972.7中提出利用可再生能源电力电解水制氢，然后在工业烟气中捕集二氧化碳进行加氢甲烷化；美国兹特克公司的专利201280031148.0提出借助可再生能源重整制氢发电，日本三菱日立的专利201310525283.7则主张采用可再生能源电解水制氢，利用纯氧燃气发电分离出的二氧化碳加氢甲烷化，构造虽然简单，但继承了建立“全球二氧化碳循环策略系统”的主导思想，只是需要改进如二氧化碳加氢甲烷化产生的热和水的充分利用，如何选择和配置高效的电解水制氢设备，纯氧燃烧布雷顿循环发电和朗肯蒸汽发电的结合，与其他可再生能源发电技术实现互补等。

客观说，我国热发电行业在零排放纯氧燃气发电技术的研究上尚未真正起步，而将该技术与二氧化碳加氢甲烷化并实现循环热发电的科研课题还有待建立，而该课题事关国家能源转型。

发明内容

本发明太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置所要解决的技术问题是针对专利201310180460.2、201610856317.4和专利申请201810585123.4、20181043091.6中提出的太阳能热发电与半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电实现互补的技术进行改进，不仅要实现太阳能、风能与燃气互补联合制氢制甲烷实现循环热发电，同时还要充分利用其燃气产生的热能为槽式太阳能热发电系统进行互补储热，做到即储存甲烷气体也为太阳能热发电提供储热新热源，进一步还可利用纯氧燃烧甲烷和二氧化碳甲烷化制备产生的水直接供太阳能热发电站使用，不仅大幅降低太阳能热发电站初始投资和运行成本，而且摆脱了太阳能热发电站在建站选址上受水源制约的条件限制

本发明是通过以下技术方案实现的：