适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法技术

适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，是以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：（1）CO2的储存与输送；（2）CO2蓄能；（3）超临界CO2流体调质与发电；（4）CO2循环与回热利用。本发明专利技术具有便于不同经纬度条件的广大乡村，在复杂的地形地貌状况下利用太阳能为能源，且占地小，又不影响乡村的生态环境的运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低等优点。

A method for circulating power generation in rural areas using solar energy as carbon dioxide

Suitable for rural energy carbon dioxide cycle generating method by solar energy, is using CO2 as refrigerant, the use of solar energy storage device CO2 to convert solar energy into high pressure high thermal energy storage density of supercritical CO2 fluid, the current regulator adjustment for thermal state of supercritical CO2 fluid for turbine / piston expansion the power machine drives the electric generator, the CO2 solar energy storage device comprising a light collecting CO2 storage device and lens shaped device, which mainly comprises the following steps: (1) storage and transport, CO2 (2) CO2; energy storage; (3) CO2 supercritical fluid conditioning and power generation; (4) and CO2 Cycle Regenerative utilization. The invention has the advantages of convenient rural conditions in different longitude and latitude, topography complex for energy utilization of solar energy, and covers an area of small, and does not affect the stable operation of rural ecological environment, low energy consumption, low investment, low operating cost advantages.

【技术实现步骤摘要】
适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法
本专利技术涉及低碳与能源
，尤其涉及一种以CO2为工质，适应于乡村以太阳能为能源的CO2循环发电的方法。
技术介绍
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，太阳能发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。今天，随CCS技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（PCHE），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30%以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40%到50%，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷凝器出口即压气机吸入口（循环起点）的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。显然，现有的超临界CO2循环发电技术方案并不适合我国乡村。在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO2为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的乡村场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大，连飞鸟都不能及；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于乡村的环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。综上所述，现有的各类利用太阳能为能源的CO2发电方法与广阔的乡村状况大多极不匹配，鉴于此，迫切需要开发一种适应于乡村状况的、利于广阔乡村节能减排的超临界CO2发电的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种便于不同经纬度条件的广大乡村，在复杂的地形地貌状况下利用太阳能为能源，且占地小，又不影响乡村的生态环境的运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低的二氧化碳循环发电的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：（1）CO2的储存与输送设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；（2）CO2蓄能将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；（3）超临界CO2流体调质与发电将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；（4）CO2循环与回热利用将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。进一步，所述的集光CO2蓄能装置主要包括中温蓄能机构、反射机构、蓄热材料和隔热材料，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。进一步，所述的透镜聚能装置主要包括高温蓄能机构、凸透镜机构、蓄热材料和隔热材料和，所述凸透镜机构将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。进一步，所述的中温蓄能机构、高温蓄能机构为热交换器。进一步，所述的稳流调节器为将太阳能CO2蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2热流体的装置。进一步，所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与太阳能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接；所述进口管路上设置有第一温压感应器、流量计、分配器、第三逆止阀；所述出口管道设置有调压阀、第二温压感应器；所述导流混合机构包括螺旋叶片、折流板或多孔板中的至少一种。进一步，所述的热交换器及回热器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式热交换器和/或螺旋绕管式热交换器和/或列管式热交换器，工作介质为CO2流体。回热器为经冷却器冷却、压缩机压缩的低温CO2流体回收涡轮机/活塞式膨胀机出口流出的带余热的CO2流体的余热，进一步提高装备本文档来自技高网...

【技术保护点】
适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：（1）CO2的储存与输送设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；（2）CO2蓄能将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；（3）超临界CO2流体调质与发电将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；（4）CO2循环与回热利用将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。...

【技术特征摘要】
1.适应于乡村以太阳能为能源的二氧化碳循环发电的方法，其特征在于：以CO2为工质，采用太阳能CO2蓄能装置将太阳能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，所述太阳能CO2蓄能装置包括集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置，主要包括以下步骤：（1）CO2的储存与输送设置液态CO2储存罐储存CO2；以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的液态CO2压送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中；（2）CO2蓄能将步骤（1）送入太阳能CO2蓄能装置中的集光CO2蓄能装置中的CO2流体直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，CO2流体经中低温和高温两级蓄能后，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；（3）超临界CO2流体调质与发电将步骤（2）透镜聚能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器，经稳流调节器调整为等压热态超临界CO2流体，供涡轮机/活塞式膨胀机作功驱动发电机发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产用电，或供电网外卖，经涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出低压CO2流体；（4）CO2循环与回热利用将步骤（3）涡轮机/活塞式膨胀机作功后排出的低压CO2流体经冷却器冷却和压缩机压缩后直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，返回回热器回收余热，再送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电；或送入回热器，经冷却器冷却和压缩机压缩/高压泵泵送后，直接送入液态CO2储存罐中供循环蓄能发电，或直接送入太阳能CO2蓄能装置的集光CO2蓄能装置中蓄能循环发电。2.根据权利要求1所述的适应...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，
申请(专利权)人：长沙紫宸科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43