[发明专利]一种太阳能超临界二氧化碳三重循环发电系统及方法

说明书

本发明提供的一种太阳能超临界二氧化碳三重循环发电系统及方法，包括塔式太阳能集热单元、超临界二氧化碳发电单元、朗肯循环发电单元和有机朗肯循环发电单元，其中，所述塔式太阳能集热单元的超临界二氧化碳出口连接超临界二氧化碳发电单元的入口；所述超临界二氧化碳发电单元的乏汽出口分别与朗肯循环发电单元和有机朗肯循环发电单元连接；所述朗肯循环发电单元的乏汽出口与有机朗肯循环发电单元连接；本发明有效利用超临界二氧化碳布雷顿循环的排汽余热，依次作为朗肯循环和有机朗肯循环的热源，提高能量利用效率。

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳发电技术领域，尤其涉及一种太阳能超临界二氧化碳三重循环发电系统及方法。

背景技术

能源和环境是人类社会发展面临的两大难题，不断提高发电机组效率是电力行业研究的永恒主题和目标。目前太阳能热发电系统较常用的动力循环包括以水为工质的朗肯循环和以空气为工质的布雷顿循环，系统效率受到一定限制。

为了突破传统动力系统的瓶颈，一些新概念先进动力系统受到学术界和工业界越来越多的关注，以超临界二氧化碳为代表的超临界工质具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。

由于超临界二氧化碳循环回热器的回热量较大，存在利用空间；而且超临界二氧化碳布雷顿循环排汽温度仍然较高，需要进一步利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能超临界二氧化碳三重循环发电系统及方法，解决了现有的以超临界二氧化碳为代表的发电系统存在上述缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种太阳能超临界二氧化碳三重循环发电系统，包括塔式太阳能集热单元、超临界二氧化碳发电单元、朗肯循环发电单元和有机朗肯循环发电单元，其中，所述塔式太阳能集热单元的超临界二氧化碳出口连接超临界二氧化碳发电单元的入口；所述超临界二氧化碳发电单元的乏汽出口分别与朗肯循环发电单元和有机朗肯循环发电单元连接；所述朗肯循环发电单元的乏汽出口与有机朗肯循环发电单元连接。

优选地，塔式太阳能集热单元包括定日镜、高塔和压力空腔式接收器，其中，压力空腔式接收器安装在高塔的顶部；定日镜以高塔为中心，沿其圆周方向呈阵列式结构分布；所述压力空腔式接收器安装在定日镜的太阳能汇聚点上。

优选地，超临界二氧化碳发电单元包括二氧化碳透平、朗肯循环加热器、第一有机工质加热器、冷却器和预热器，其中，塔式太阳能集热单元的超临界二氧化碳出口与二氧化碳透平的入口相连，二氧化碳透平的乏汽出口与朗肯循环加热器的热端入口相连，朗肯循环加热器的热端出口与第一有机工质加热器的热端入口相连；第一有机工质加热器的热端出口与冷却器的入口相连，冷却器的出口与预热器的二氧化碳入口相连，预热器的二氧化碳出口与塔式太阳能集热单元的二氧化碳入口相连；

所述朗肯循环加热器的工质水冷端和预热器的工质水热端均与朗肯循环发电单元连接；所述第一有机工质加热器的有机工质冷端连接有机朗肯循环发电单元。

优选地，朗肯循环发电单元包括汽轮机、第二有机工质加热器和冷凝器，其中，超临界二氧化碳发电单元的工质水冷端出口与背压汽轮机的入口相连，背压汽轮机的排汽出口与第二有机工质加热器的工质水热端入口相连，第二有机工质加热器的工质水热端出口与超临界二氧化碳发电单元的工质水热端入口相连，超临界二氧化碳发电单元的工质水热端出口与冷凝器的入口相连，冷凝器的出口与超临界二氧化碳发电单元的工质水冷端入口相连；

第二有机工质加热器的有机工质冷端连接有机朗肯循环发电单元。