本实用新型专利技术提供了一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统，包括超临界二氧化碳循环子系统和蓄冷子系统；超临界二氧化碳循环子系统包括预压缩机，高、低温回热器，太阳能加热器，透平，再压缩机，发电机，空冷器，低温空冷器，旁路阀，预压缩机，泵。蓄冷子系统包括切换阀，风机，蓄冷模块，进风槽。蓄冷子系统在夜间气温较低时蓄冷，在白天气温较高时释放冷量。超临界二氧化碳循环子系统分为热天模式和冷天模式；热天模式的循环中的冷端工质处于气态或超临界态，采用压缩机增压；冷天模式的循环中的冷端工质凝结至液相，采用泵增压。本实用新型专利技术系统冷端温度较低，并设计了热天和冷天两种运行模式，大大提高了系统的发电效率。
【技术实现步骤摘要】
一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统
本技术涉及太阳能热发电
，具体涉及一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统。
技术介绍
近年来，我国大力推进太阳能热发电产业，并起动了太阳能热发电厂的建设，首批示范项目均为50MW级以上，技术含量高且投资成本巨大。据报道，我国首批20个国家光热示范项目分布于甘肃(9个)、青海(4个)、河北(4个)、内蒙古(2个)、新疆(1个)五地，这些地区全年日照时数约在3000小时以上，基本都属于我国太阳能资源较为丰富的地区，但是这些地区也是水资源极度匮乏的荒漠或沙漠地区。从这些电厂的选址情况可见，太阳能热发电厂的动力循环系统需要采用空冷方式，甚至是直接空冷。鉴于太阳能热发电厂的这一特定需求，可直接空冷的超临界二氧化碳循环倍受国内外学者的关注。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。由于二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、起停快、效率高，超临界二氧化碳动力循环被认为在化石能源发电、核能发电、太阳能热发电、余热发电、地热发电等领域具有良好的应用前景。超临界二氧化碳动力循环发电系统主要由压缩机、透平、发电机、热交换器、回热器、冷却器等组成。低温低压工质首先进入压缩机压缩至高压，经回热器吸收透平排出工质的热量，再经热交换器从热源吸收热量达到最高温度，然后进入透平做功推动发电机工作，透平排出的工质经回热器释放部分热量，最后经预热器冷却后进入下一个循环过程。超临界二氧化碳循环在冷端温度较高时也可以获得较高的循环效率，因此对于在直接空冷条件下运行的太阳能热发电厂具有广阔的应用前景。在现有的太阳能聚光集热系统的基础上，结合超临界二氧化碳循环，可组成新型的发电系统，再配备储热装置，有望进一步降低系统的发电成本。尽管如此，这一发电系统仍有优化的空间，特别是冷端优化，还可以显著提高发电效率。通过对我国首批示范厂址所在地区的气候条件进行分析，发现这些地区昼夜气温差异大，夏季普遍达10℃以上，冬季普遍达15℃以上，所以，可采用夜间蓄冷、白天使用的模式，以降低冷端温度或者减少空冷器负荷。太阳能热发电厂占地面积大，可采用砂石材料蓄冷，厂址可提供充足的存储空间。同时，这些地区的冬、夏季节气温差异也较大，可设计两种或两种以上的运行模式，以适应气温的季节性变化。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是如何对超临界二氧化碳太阳能热发电系统的冷端进行优化，以进一步提高发电效率。为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是提供一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳循环子系统和蓄冷子系统；所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳工质增压设备，二氧化碳工质增压设备出口连接低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接太阳能加热器工质侧进口，太阳能加热器工质侧出口连接透平进气口，透平排气口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口分为两路，分别连接第一空冷器进口和再压缩机进口；第一空冷器出口连接第一旁路阀进口，第一旁路阀出口分为两路，分别连接第一低温空冷器高压侧进口和第一低温空冷器高压侧出口；第一低温空冷器高压侧出口连接预压缩机和第一级泵进口，预压缩机和第一级泵出口均连接第二空冷器进口，第二空冷器出口连接第二旁路阀进口，第二旁路阀出口分为两路，分别连接第二低温空冷器高压侧进口和第二低温空冷器高压侧出口；第二低温空冷器高压侧出口连接二氧化碳工质增压设备进口；再压缩机出口连接高温回热器高压侧进口；所述蓄冷子系统包括蓄冷模块，蓄冷模块连接风机进口，风机出口连接切换阀进口，切换阀的一个出口连接所述第一低温空冷器空气侧进口和所述第二低温空冷器空气侧进口，切换阀的另一个出口连接大气环境。优选地，所述二氧化碳工质增压设备为主压缩机或第二级泵。更优选地，所述超临界二氧化碳循环子系统在热天模式运行时，所述二氧化碳工质增压设备采用主压缩机。更优选地，所述超临界二氧化碳循环子系统在冷天模式运行时，所述二氧化碳工质增压设备采用第二级泵。优选地，所述透平连接发电机。优选地，所述蓄冷模块上设有进风槽。优选地，所述蓄冷子系统进行蓄冷时，切换阀连通风机出口与大气环境。优选地，所述蓄冷子系统释放冷量时，切换阀连通风机出口与第一低温空冷器空气侧进口、第二低温空冷器空气侧进口。优选地，所述第一低温空冷器、第二低温空冷器为带有翅片管的管壳式换热器；所述第一低温空冷器、第二低温空冷器为一个单独的换热器，或由多个串联或并联的换热器组成。优选地，所述蓄冷模块内设有填料。填料可采用砾石、卵石、碎石等廉价材料。优选地，所述蓄冷模块的底部采用格栅支撑，四周和顶部密封并绝热，地面负挖适当深度的基坑，将蓄冷模块置于坑内，蓄冷模块周围留有进风槽，蓄冷模块的顶部分布有多个出风口。所述的蓄冷子系统在夜间气温较低时蓄冷，切换阀连通风机出口与大气环境，运行风机，冷空气从进风槽进入，并从蓄冷模块底部向顶部流动，与填料换热后经风机再排到环境。所述蓄冷子系统在白天气温较高时释放冷量，切换阀连通风机出口与第一低温空冷器和第二低温空冷器的进口，运行风机，空气从进风槽进入，并从蓄冷模块底部向顶部流动，与填料换热后经风机再送到第一低温空冷器和第二低温空冷器，空气吸收二氧化碳工质的热量后从第一低温空冷器和第二低温空冷器的出口排到大气环境。所述超临界二氧化碳循环子系统分为热天模式和冷天模式。热天模式的循环中的冷端工质处于气态或超临界态，采用预压缩机和主压缩机增压；冷天模式的循环中的冷端工质凝结至液相，采用第一级泵和第二级泵增压；两种模式可互相切换。所述超临界二氧化碳循环子系统循环的运行过程为：二氧化碳工质从主压缩机(第二级泵)出来，经低温回热器吸收透平排出工质的低温段热量，然后与再压缩机出口工质汇合后进入高温回热器吸收透平排出工质的高温段热量，高温回热器出来的工质进入太阳能换热器吸收热量，再进入透平做功，推动发电机工作；透平排出的工质依次经高温回热器、低温回热器释放部分热量，最后分为两路：一路进入再压缩机，另一路进入第一空冷器，如果未达到目标冷却温度则进入第一低温空冷器进一步冷却，否则经第一旁路阀，到预压缩机，再进入第二空冷器，如果未达到目标冷却温度则进入第二低温空冷器进一步冷却，否则经第二旁路阀，回到主压缩机(第二级泵)。本技术提供的带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统对冷端进行了优化，使冷端温度较低，并设计了热天和冷天两种运行模式，大大提高了系统的发电效率。附图说明图1为本实施例提供的带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统热天模式示意图；图2为本实施例提供的带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统冷天模式示意图；附图标记说明：1-主压缩机，2-低温回热器，3-高温回热器，4-太阳能加热器，5-透平，6-再压缩机，7-发电机，8-第一空冷器，9-第一低温空冷器，10-第一旁路阀，11-预压缩机，12-第二空冷器，13-第二低温空冷器，14-第二旁路阀，15-切换阀，16-风机，17-蓄冷模块，18-进风槽，19-第一级泵，20-第二级泵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳循环子系统和蓄冷子系统；所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳工质增压设备，二氧化碳工质增压设备出口连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接高温回热器(3)高压侧进口，高温回热器(3)高压侧出口连接太阳能加热器(4)工质侧进口，太阳能加热器(4)工质侧出口连接透平(5)进气口，透平(5)排气口连接高温回热器(3)低压侧进口，高温回热器(3)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口分为两路，分别连接第一空冷器(8)进口和再压缩机(6)进口；第一空冷器(8)出口连接第一旁路阀(10)进口，第一旁路阀(10)出口分为两路，分别连接第一低温空冷器(9)高压侧进口和第一低温空冷器(9)高压侧出口；第一低温空冷器(9)高压侧出口连接预压缩机(11)和第一级泵(19)进口，预压缩机(11)和第一级泵(19)出口均连接第二空冷器(12)进口，第二空冷器(12)出口连接第二旁路阀(14)进口，第二旁路阀(14)出口分为两路，分别连接第二低温空冷器(13)高压侧进口和第二低温空冷器(13)高压侧出口；第二低温空冷器(13)高压侧出口连接二氧化碳工质增压设备进口；再压缩机(6)出口连接高温回热器(3)高压侧进口；所述蓄冷子系统包括蓄冷模块(17)，蓄冷模块(17)连接风机(16)进口，风机(16)出口连接切换阀(15)进口，切换阀(15)的一个出口连接所述第一低温空冷器(9)空气侧进口和所述第二低温空冷器(13)空气侧进口，切换阀(15)的另一个出口连接大气环境。...
【技术特征摘要】
1.一种带蓄冷的超临界二氧化碳循环太阳能热发电系统，其特征在于：包括超临界二氧化碳循环子系统和蓄冷子系统；所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳工质增压设备，二氧化碳工质增压设备出口连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接高温回热器(3)高压侧进口，高温回热器(3)高压侧出口连接太阳能加热器(4)工质侧进口，太阳能加热器(4)工质侧出口连接透平(5)进气口，透平(5)排气口连接高温回热器(3)低压侧进口，高温回热器(3)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口分为两路，分别连接第一空冷器(8)进口和再压缩机(6)进口；第一空冷器(8)出口连接第一旁路阀(10)进口，第一旁路阀(10)出口分为两路，分别连接第一低温空冷器(9)高压侧进口和第一低温空冷器(9)高压侧出口；第一低温空冷器(9)高压侧出口连接预压缩机(11)和第一级泵(19)进口，预压缩机(11)和第一级泵(19)出口均连接第二空冷器(12)进口，第二空冷器(12)出口连接第二旁路阀(14)进口，第二旁路阀(14)出口分为两路，分别连接第二低温空冷器(13)高压侧进口和第二低温空冷器(13)高压侧出口；第二低温空冷器(13)高压侧出口连接二氧化碳工质增压设备进口；再压缩机(6)出口连接高温回热器(3)高压侧进口；所述蓄冷子系统包括蓄冷模块(17)，蓄冷模块(17)连接风机(16)进口，风机(16)出口连接切换阀(15)进口，切换阀(15)的一个出口连接所述第一低温空冷器(9)空气侧进口和所述第二低温空冷器(13)空气侧进口，切换阀(15)的另一个出口连接大气环境。2.如权利要求1所述的一种带蓄冷的超...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑开云，黄志强，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31
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