[发明专利]耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统及方法

说明书

本发明公开了一种耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统及方法，属于多能互补发电技术领域，包括碟式太阳能斯特林发电系统、燃料电池发电系统和余热利用有机朗肯发电系统；碟式太阳能斯特林发电系统包括碟式聚光系统和斯特林发电机，燃料电池发电系统包括电解水制氢槽、储氢设备和燃料电池，余热利用有机朗肯发电系统包括有机朗肯循环烟气热源换热器、有机朗肯循环膨胀机、发电机、有机朗肯循环回热器、有机朗肯循环冷凝器、储液罐、工质泵和冷却塔。本发明采用三种不同的工作模式，能最大幅度地发挥太阳能发电能力，且保证系统供电的稳定性和持续性，具有巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种太阳能、氢能、余热利用有机朗肯循环耦合发电系统，属于多能互补发电技术领域。

背景技术

目前随着能源与环境的矛盾不断深化，太阳能作为一种清洁可再生能源在世界各国得到了普遍的重视。但由于太阳能光照资源的随机性和波动性，导致太阳能大规模并网发电会加剧大电网的波动，导致电网调峰的需求增大；同时，光照资源集中在白天，太阳能大规模并网发电量超过用电负荷，但在用电负荷需求较大的晚上，太阳能大规模并网发电又不能满足用电负荷。以上列举的问题导致了大规模弃光问题，造成很大的能源浪费。

氢燃料电池具有清洁环保，容易持续通氢气和氧气，产生持续电流能量，排放废弃物少，噪音低等优点，氢燃料电池近年来受到人们的广泛关注。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此发电效率比常规的原动机高，理论发电效率可达到85%～90%，目前燃料电池实际发电效率约为40%～60%，若实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。如何利用好燃料电池排出的100-150℃烟气的低品位热源，是提升燃料总利用率的关键。

有机朗肯循环的工作原理与传统的蒸汽朗肯循环相同，只是它使用有机工质代替蒸汽。有机朗肯循环系统能高效地回收太阳热能，低温地热能，生物质热能以及工业废热等低品位热能进行发电。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有太阳能发电存在的缺陷，而提供一种耦合太阳能、氢能、余热利用有机朗肯循环的灵活发电系统，能够最大限度地利用太阳能，实现了能源的梯级利用，大大增加整个系统的经济收益及效率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统，其特征在于，包括碟式太阳能斯特林发电系统、燃料电池发电系统和余热利用有机朗肯发电系统；所述碟式太阳能斯特林发电系统包括碟式聚光系统和斯特林发电机，所述燃料电池发电系统包括电解水制氢槽、储氢设备和燃料电池，所述余热利用有机朗肯发电系统包括有机朗肯循环烟气热源换热器、有机朗肯循环膨胀机、发电机、有机朗肯循环回热器、有机朗肯循环冷凝器、储液罐、工质泵和冷却塔；

所述碟式聚光系统与斯特林发电机连接，碟式聚光系统将太阳能聚集到斯特林发电机上，推动斯特林发电机运转发电；所述斯特林发电机与用户端和电解水制氢槽连接，斯特林发电机为用户端和电解水制氢槽提供电力；

所述电解水制氢槽、储氢设备、燃料电池依次连接，电解水制氢槽电解水获得的氢气由储氢设备进行暂时存储，储氢设备输入氢气至燃料电池进行化学反应发电；所述燃料电池与用户端连接，燃料电池进行化学反应发电输送至用户端；同时，燃料电池的高温烟气出口与有机朗肯循环烟气热源换热器连接，燃料电池的高温烟气与流经有机朗肯循环烟气热源换热器的有机工质进行换热，排出低温烟气；