一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统及方法，该系统包括集热器，集热器的出口与甲烷重整反应器的入口相连通，甲烷重整反应器的出口与燃气轮机发电系统的入口相连通，燃气轮机发电系统出口与二氧化碳分离系统入口相连通，二氧化碳分离系统出口与二氧化碳压缩机入口相连通，二氧化碳压缩机出口与集热器的入口相连通。天然气储罐出口与天然气压缩机入口相连通，天然气压缩机出口与集热器的入口相连通。天然气储罐的另一个出口与燃气轮机发电系统入口相连通。甲烷重整反应器与燃气轮机发电系统之间设置有气柜。该系统能够实现甲烷重整和太阳能光热储能和发电有机的结合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统及方法
本专利技术涉及太阳能利用
，特别涉及一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统及方法。
技术介绍
太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能用于发电时一般都需要使用储能等技术。热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，在储能反应中，储能材料吸收热量发生热化学反应，生成反应产物，从而将热量储存。热化学储能密度和效率高，适用于太阳能热能的高温高密度储存。热化学储能的体积和重量储能密度远高于显热或者相变蓄热，储能载体可以在常温下长期储存。其中，甲烷重整就是一种常见的热化学储能体系，甲烷与二氧化碳在一定条件下发生热化学反应，吸收热量，生成一氧化碳和氢气，实现能量的储存，甲烷重整储能密度高，原料来源丰富。在我国西北地区，太阳能资源丰富，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将利用甲烷重整将太阳能光热发电相结合，会对太阳能光热发电带来巨大变化。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统及方法，将甲烷重整与太阳能光热储能和发电相结合，能够实现对太阳能进行平稳持续的利用。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，包括集热器2，所述的集热器2的出口与甲烷重整反应器3的入口相连通，甲烷重整反应器3的出口与燃气轮机发电系统5的入口相连通，燃气轮机发电系统5出口与二氧化碳分离系统8入口相连通，二氧化碳分离系统8出口与二氧化碳压缩机9入口相连通，二氧化碳压缩机9出口与集热器2的入口相连通。所述天然气储罐6出口分别与燃气轮机发电系统5的入口和天然气压缩机7入口相连通，天然气压缩机7出口与集热器2的入口相连通。所述的甲烷重整反应器3与燃气轮机发电系统5之间设置有气柜4。所述的集热器2一侧设置有用于将太阳光聚焦于集热器2上的镜场1。一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电方法，当太阳辐射充足时，集热器2温度较高，会有大量的甲烷和二氧化碳进入甲烷重整反应器3，甲烷和二氧化碳发生重整反应生成一氧化碳和氢气，部分一氧化碳和氢气进入燃气轮机发电系统5进行燃烧发电，其余的一氧化碳和氢气进入气柜4储存起来，一氧化碳和氢气燃烧之后的烟气进入二氧化碳分离系统8，分离得到二氧化碳经过二氧化碳压缩机9加压后进入集热器2，天然气储罐6中的天然气经过天然气压缩机7后进入集热器2；当没有太阳辐射时，集热器2温度降低，甲烷重整反应器3中甲烷和二氧化碳的重整反应停止，此时利用气柜4中储存的一氧化碳和氢气送入燃气轮机发电系统5中进行燃烧发电。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统在具体工作时，天然气储罐中的天然气经过天然气压缩机后进入集热器，二氧化碳分离系统中分离出的二氧化碳经过二氧化碳压缩机加压后进入集热器，集热器利用太阳能对甲烷和二氧化碳进行加热，并将加热后的甲烷和二氧化碳输入到甲烷重整反应器中，高温的甲烷和二氧化碳在甲烷重整反应器中发生重整反应，生成一氧化碳和氢气，将在集热器中吸收的热量储存起来，生成的一氧化碳和氢气的热值比甲烷要高25％～30％，一氧化碳和氢气进入燃气轮机发电系统，输出电力，一氧化碳和氢气燃烧之后的烟气进入二氧化碳分离系统，分离得到二氧化碳送入二氧化碳压缩机，完成循环。进一步，当太阳辐射充足时，集热器温度较高，会有大量的甲烷和二氧化碳进入甲烷重整反应器，甲烷和二氧化碳发生重整反应生成一氧化碳和氢气，部分一氧化碳和氢气进入燃气轮机发电系统进行燃烧发电，其余的一氧化碳和氢气进入气柜储存起来。当没有太阳辐射时，集热器温度降低，甲烷重整反应器中甲烷和二氧化碳的重整反应停止，此时利用气柜中储存的一氧化碳和氢气送入燃气轮机发电系统中进行燃烧发电。若出现长时间没有太阳辐射的情况，气柜中储存的气体不足以维持到太阳辐射再次出现时，可以利用天然气储罐中的天然气直接进入燃气轮机发电系统进行发电，保证电力供应。本专利技术所述的基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统在具体工作时，通过集热器利用太阳能对甲烷和二氧化碳进行加热，在甲烷重整反应器中进行重整反应，吸收热量，生成一氧化碳和氢气，将热量以化学能的形式储存起来，并将过量的一氧化碳和氢气储存在气柜中，在太阳辐射不足时，将气柜中储存的一氧化碳和氢气送入燃气轮机发电系统用于发电，从而实现甲烷重整和太阳能光热储能和发电的有机结合。附图说明图1为本专利技术的系统示意图。其中，1为镜场、2为集热器、3为甲烷重整反应器、4为气柜、5为燃气轮机发电系统、6为天然气储罐、7为天然气压缩机、8为二氧化碳分离系统、9为二氧化碳压缩机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参考图1，本专利技术所述的基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，包括集热器2、甲烷重整反应器3、燃气轮机发电系统5、天然气储罐6、天然气压缩机7、二氧化碳分离系统8、二氧化碳压缩机9。集热器2的出口与甲烷重整反应器3的入口相连通，甲烷重整反应器3的出口与燃气轮机发电系统5的入口相连通，燃气轮机发电系统5的出口与二氧化碳分离系统8的入口相连通，二氧化碳分离系统8的出口与二氧化碳压缩机9的入口相连通，二氧化碳压缩机9的出口与集热器2的入口相连通。天然气储罐6的出口与天然气压缩机7的入口相连通，天然气压缩机7的出口与集热器2的入口相连通。天然气储罐6的另一个出口与燃气轮机发电系统5入口相连通。作为本专利技术的优选实施方式，本专利技术还包括设置在甲烷重整反应器3和燃气轮机发电系统5之间设置有气柜4。镜场1将太阳光聚集到集热器2上，加压后的甲烷和二氧化碳经过集热器2后成为高温高压的甲烷和二氧化碳，之后进入甲烷重整反应器3，利用集热器加热的热量，发生甲烷重整反应，吸收从集热器获得的热量，生成一氧化碳和氢气，将热量以化学能的形式储存起来。之后一氧化碳和氢气进入燃气轮机发电系统5，产出电力，烟气进入二氧化碳分离系统8，分离出的二氧化碳经过二氧化碳压缩机9加压后进入集热器2。天然气储罐6中的天然气经过天然气压缩机7加压后，进入集热器2。当太阳能辐照充足时，集热器2温度高，大量的甲烷和二氧化碳经过集热器2加热后进入甲烷重整反应器3，发生重整反应，吸收从集热器2中获得的热量，生成一氧化碳和氢气，部分一氧化碳和氢气进入燃气轮机发电系统5进行燃烧发电，其余的一氧化碳和氢气进入气柜4储存起来。当太阳能辐照不足时，集热器2温度降低，甲烷重整反应器3中甲烷和二氧化碳的重整反应停止，此时利用气柜4中储存的一氧化碳和氢气送入燃气轮机发电系统5中进行燃烧发电。若出现长时间没有太阳辐射的情况，气柜4中储存的气体不足以维持到太阳辐射再次出现时，可以利用天然气储罐6中的天然气直接进入燃气轮机发电系统5进行发电，保证电力供应。需要指出的是，上述实施例只为说明本专利技术的技术构思和特点，具体的实施方法，如甲烷重整反应器3的类型、天然气压缩机7和二氧化碳压缩机9的类型等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本专利技术的范围和基本精神。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，其特征在于，包括集热器(2)，所述的集热器(2)的出口与甲烷重整反应器(3)的入口相连通，甲烷重整反应器(3)的出口与燃气轮机发电系统(5)的入口相连通，燃气轮机发电系统(5)出口与二氧化碳分离系统(8)入口相连通，二氧化碳分离系统(8)出口与二氧化碳压缩机(9)入口相连通，二氧化碳压缩机(9)出口与集热器(2)的入口相连通；所述的集热器(2)一侧设置有用于将太阳光聚焦于集热器(2)上的镜场(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，其特征在于，包括集热器(2)，所述的集热器(2)的出口与甲烷重整反应器(3)的入口相连通，甲烷重整反应器(3)的出口与燃气轮机发电系统(5)的入口相连通，燃气轮机发电系统(5)出口与二氧化碳分离系统(8)入口相连通，二氧化碳分离系统(8)出口与二氧化碳压缩机(9)入口相连通，二氧化碳压缩机(9)出口与集热器(2)的入口相连通；所述的集热器(2)一侧设置有用于将太阳光聚焦于集热器(2)上的镜场(1)。2.根据权利要求1所述的一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，其特征在于，所述天然气储罐(6)出口分别与燃气轮机发电系统(5)的入口和天然气压缩机(7)入口相连通，天然气压缩机(7)出口与集热器(2)的入口相连通。3.根据权利要求1所述的一种基于甲烷重整的太阳能光热储能和发电系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纯，杨玉，白文刚，张磊，李红智，姚明宇，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61