[发明专利]太阳能微型燃气轮机系统

说明书

本发明公开了一种太阳能微型燃气轮机系统，包括压气机、回热器、带有采光孔的太阳能高温空气吸热器、燃烧室、燃气透平、换热器、冷凝器、给水泵、水工质吸热器，空气由压气机吸入增压后，与水工质吸热器加热后的蒸汽一起进入回热器的空气侧进口，回热器预热的空气蒸汽混合气体进入太阳能高温空气吸热器进一步加热后进入燃烧室。传统燃气轮机系统和太阳能发电系统的结合，充分利用了太阳能高温空气吸热器采光孔周围的能量，提高了吸热器的截断效率和太阳能利用率，减少了燃料的消耗，同时也解决了太阳能发电单一系统供电的间歇性问题。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种太阳能微型燃气轮机系统。

背景技术

天然气发电是最稳定的分布式供能方式之一，但是，天然气资源是属于易消耗的不可再生的能源，并且天然气资源燃烧往往会产生大量的CO₂和CO，对环境造成不利的影响。这就需要尽量开发和使用一些可再生的清洁能源来作为天然气的替代或补充。

太阳能是一种遍布全球取之不尽用之不竭的最好的可再生能源，开发利用太阳能这种清洁、无污染的可再生能源，对于减轻目前化石能源压力、环境污染压力等具有重要意义。太阳能热发电技术是将太阳能热能转变为电能，主要有塔式、槽式、碟式三种利用方式，但是太阳能直接热发电效率都较低，其中塔式光热发电系统的效率在15％～20％，大量的光热转换能量没有得到利用。另外，单独的太阳能热发电系统在夜间或者阴雨天也无法提供能量。因此，考虑到可以将太阳能集热与其他发电系统，比如燃气轮机发电系统结合起来，互为补充从而提高整体的发电能力和发电稳定性。

其中，燃气轮机发电系统具有效率高、起动快、调峰性能好、建设周期短、占地面积小，耗水少，以及环境污染小等一系列优点，特别是微型燃气轮机发电系统(25～500kW)分布更灵活、可操作性更好。但是由于天然气原料供应问题，燃气轮机发电技术在一定程度上受到了制约。因此，在保证系统效率和功率的条件下，尽量减少燃料耗量有利于燃气轮机发电系统的更广泛的使用。因此，太阳能集热与燃气轮机发电系统结合，利用太阳辐射能代替部分需要的燃料热能，能够减少燃气轮机发电系统需要的燃料量。

但是，现有的太阳能发电系统，例如塔式光热发电系统主要由聚光系统、吸热系统、储热系统、二次回路换热系统和发电系统等部分组成。对于聚光系统，在实验过程中发现，定日镜场反射的太阳光很难完全聚焦到中心区域，在太阳能高温空气吸热器采光孔周围存在部分聚光截断损失。并且，在燃气轮机发电系统中，燃气透平排出的高温废气经过回热器后被直接排出，此时的高温废气还具有较多的热量，导致其能量转化率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能微型燃气轮机系统，其能够进一步充分利用能流密度较低的太阳能和燃气透平排出的高温废气经过回热器之后的部分热量，从而实现能量的最大化利用。

该太阳能微型燃气轮机系统包括：压气机、回热器、带有采光孔的太阳能高温空气吸热器、燃烧室、燃气透平、换热器、冷凝器、给水泵、水工质吸热器，该压气机、回热器的空气侧进口、燃烧室以及燃气透平的入口顺次相连，太阳能高温空气吸热器与该顺次相连而成的通路选择性地连通，该燃气透平的出口、回热器的烟气侧进口、换热器的烟气侧、冷凝器、给水泵、水工质吸热器以及回热器的空气侧顺次相连，空气由压气机吸入增压后，与由水工质吸热器加热后的蒸汽一起进入回热器的空气侧进口，经回热器预热的空气蒸汽混合气体，进入太阳能高温空气吸热器，通过太阳能高温空气吸热器加热后进入燃烧室。

根据该技术方案，通过在燃气轮机系统的循环中增加太阳能高温空气吸热器，提高进入燃烧室的空气的温度，并且增加水工质空气吸热器，可以充分利用太阳能高温空气吸热器采光孔周围的能量，提高太阳能高温空气吸热器的截断效率和太阳能利用率，从而减少燃料的用量；此外，通过回注蒸汽降低燃烧室过高温度，可减少过量空气进量，减少燃烧室的排放，减小压气机耗功，提高系统比功率和调峰能力，解决了塔式光热发电系统中吸热系统能量利用率低和太阳能单独热发电效率低的问题，提高了燃气轮机系统的发电效率和能量利用率，同时提高系统的调峰能力，实现多能源综合利用