一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了属于太阳能热发电领域的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统。该系统主要由太阳能高温热化学水分解制氢器、回热器、气液分离器、燃烧室、蒸汽透平、储气室、储水室等部分组成。在该系统中，聚集的高温太阳能为基于金属氧化物的两步水分解提供热量，产生氢气和氧气经加压送入燃烧室燃烧直接加热驱动蒸汽动力循环发电；多余氢气和氧气储存在储气室内，即时满足发电负荷的需要，克服太阳能辐射强度的变化的影响。该系统利用太阳能高温水分解制氢进行稳定储能，通过蒸汽动力循环进行高效清洁发电；二者耦合，可避免太阳能波动对发电单元的影响，实现太阳能热发电高效稳定输出。

A Steam Power Cycle Power Generation System Integrating Solar Water Decomposition to Produce Hydrogen

【技术实现步骤摘要】
一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统
本技术属于太阳能热发电领域，特别涉及一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，具体说是一种基于高温热化学水分解制氢的氢氧燃烧直接加热的蒸汽动力循环发电系统。
技术介绍
太阳能是储量最丰富的可再生能源，每小时到达地球表面的太阳能几乎可以满足人类目前一年内的能量需求。但是传统的光热、光伏发电受太阳能辐射强度波动性、间歇性的影响较大，为了保证电力的稳定输出，往往需要储能技术。太阳能热化学被认为是一种非常有潜力的将热能转化成化学能的储能方式，其中基于金属氧化物的太阳能热化学循环水分解制氢得到了越来越广泛的研究。该循环利用金属氧化物的氧化-还原反应，通过高价态金属氧化物与其低价态金属氧化物或者金属态之间互相转化实现水分解制氢，该过程可将H2O分解成H2和O2，并且由于分为两部反应，两种反应产物可以在不同出口收集，无需增加分离设备。氢氧燃烧直接加热的蒸汽动力循环，以氢气为燃料，采用纯氧燃烧，燃烧产物只有水分，可以方便的从凝气器出口分离，实现高效零排放发电。如果基于金属氧化物的太阳能热化学循环水分解获得的氢气和氧气应用于氢氧燃烧直接加热的蒸汽动力循环，利用氢气稳定的化学储能，可实现太阳能的稳定电力输出，同时避免化石能源的消耗，并且省去空分、净化分离装置等设备。有鉴于此，本技术提出了一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，将基于水分解的太阳能热化学循环与氢氧燃烧直接加热的蒸汽动力循环合理耦合，可以克服太阳能波动性、间歇性对发电单元的影响，实现太阳能即时稳定零排放发电，在太阳能热发电领域提供一个新的思路。专利技术内容本技术的目的是提出一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，其特征在于，碟式太阳能集热器连接高温热化学制氢器，高温热化学制氢器与多流回热器连接并构成回路；多流回热器连接氧气储存室，多流回热器通过氧气压缩机与燃烧室连接，多流回热器又与气液分离器连接并构成回路；气液分离器连接氢气储存室，气液分离器又通过氢气压缩机与燃烧室连接；燃烧室与蒸汽透平、凝汽器、低压加热器、给水泵、高压加热器串联形成回路；蒸汽透平又分别连接发电机、低压加热器和高压加热器；凝汽器出口还分别连接又分别连接二多流回热器和储水室。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，多流回热器分别连接氧气储存室和氧气压缩机；多流回热器又与气液分离器连接并构成回路；气液分离器分别连接氢气储存室和氢气压缩机。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，氧气压缩机和氢气压缩机与燃烧室连接。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，凝汽器出口分别与低压加热器、多流回热器和储水室连接。本技术具有以下优点及有益效果：基于金属氧化物的太阳能热化学循环水分解制氢与氢氧燃烧直接加热驱动的蒸汽动力循环耦合集成，利用氢气化学储能，克服太阳能波动性、间歇性的影响，进行即使稳定的电力输出，同时满足物料平衡，实现太阳能稳定高效零排放发电，具有以下特点。（1）太阳能驱动的水分解制取的氢气和氧气，可以进行稳定的储存，克服太阳能波动性和间歇性的影响，即时满足发电负荷的需要；水分作为制氢原料，冷却后可以方便的通过气液分离装置分离，无需复杂的分离工艺。（2）采用氢氧燃烧直接加热来自高压加热器的水分，可有效提高蒸汽透平入口温度，进而提高发电效率；同时利用水分解制取的氧气进行燃烧，没有空气引入，避免氮氧化物产生，实现清洁零排放发电，并且无需额外的氧气制取设备。（3）发电循环采用蒸汽动力循环，可以借鉴常规火电厂蒸汽轮机、凝汽器、回热系统等成熟设备和技术，提高系统的可行性；同时燃烧产生的水分可以从凝汽器出口分离回收，作为制取氢气原料，满足物料守恒。附图说明图1为一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统示意图。图中：1-碟式太阳能集热器，2-高温热化学制氢器，3-多流回热器，4-氧气储存室，5-氧气压缩机，6-气液分离器，7-氢气储存室，8-氢气压缩机，9-燃烧室，10-蒸汽透平，11-发电机，12-凝汽器，13-低压加热器，14-给水泵，15-高压加热器，16-储水室。具体实施方式本技术提出了一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，下面结合附图予以说明。如图1所示的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，其特征在于，碟式太阳能集热器1连接高温热化学制氢器2，高温热化学制氢器2与多流回热器3连接并构成回路；多流回热器3连接氧气储存室4，多流回热器3通过氧气压缩机5与燃烧室9连接，多流回热器3又与气液分离器6连接并构成回路；气液分离器6连接氢气储存室7，气液分离器6又通过氢气压缩机8与燃烧室9连接；燃烧室9与蒸汽透平10、凝汽器12、低压加热器13、给水泵14、高压加热器15串联形成回路；蒸汽透平10又分别连接发电机11、低压加热器13和高压加热器15；凝汽器12出口还分别连接又分别连接二多流回热器3和储水室16。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，多流回热器3分别连接氧气储存室4和氧气压缩机5；多流回热器3又与气液分离器6连接并构成回路；气液分离器6分别连接氢气储存室7和氢气压缩机8。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，氧气压缩机5和氢气压缩机8与燃烧室9连接。所述的一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，凝汽器12出口分别与低压加热器13、多流回热器3和储水室16连接。所述的集成太阳能燃料的二氧化碳动力循环系统的工作原理，其特征在于，碟式太阳能集热器1聚集高温太阳能热到高温热化学制氢器2驱动高温热化学水分解制氢反应；高温热化学制氢器2产生的氧气经多流回热器3冷却，然后经氧气压缩机5加压送至燃烧室9；高温热化学反应器2产生的氢水混合物经多流回热器3冷却进入气液分离器6分离氢气和水分，气液分离器6出口的氢气经氢气压缩机8加压送至燃烧室9，与来自氧气压缩机5的高压氧气燃烧直接加热来自高压回热器13的升压水，形成的高温高压蒸汽进入蒸汽透平10做功；蒸汽透平10产生的排汽依次通过冷凝器12冷却，产生的水分一部分利用蒸汽透平10的低压抽汽经低压加热器16加热，然后进入给水泵14升压，再利用蒸汽透平10的高压抽汽经高压加热器15加热，最终送至燃烧室完成动力循环；凝汽器10产生的其余水分与来自气液分离器6的水分汇合，经多流回热器3加热，最终进入高温热化学制氢器2完成循环；当太阳能辐射强度大时，储水室16的水分需汇入来自凝汽器19的水分，经多流回热器3加热后进入高温热化学制氢器2进行高温热化学水分解制氢反应，多流回热器3出口的多余氧气进入氧气储存室4储存，气液分离器6出口的多余氢气进入氢气储存室7储存；当太阳能辐射强度变小或无太阳能时，氧气储存室4的氧气和氢气储存室7的氢气分别通过氧气压缩机5、一氧化碳压缩机8加压后送至燃烧室9燃烧，保证电力连续平稳输出，凝汽器19出口的多余水分进入储水室20储存。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，其特征在于，碟式太阳能集热器（1）连接高温热化学制氢器（2），高温热化学制氢器（2）与多流回热器（3）连接并构成回路；多流回热器（3）连接氧气储存室（4），多流回热器（3）通过氧气压缩机（5）与燃烧室（9）连接，多流回热器（3）又与气液分离器（6）连接并构成回路；气液分离器（6）连接氢气储存室（7），气液分离器（6）又通过氢气压缩机（8）与燃烧室（9）连接；燃烧室（9）与蒸汽透平（10）、凝汽器（12）、低压加热器（13）、给水泵（14）、高压加热器（15）串联形成回路；蒸汽透平（10）又分别连接发电机（11）、低压加热器（13）和高压加热器（15）；凝汽器（12）出口又分别连接二多流回热器（3）和储水室（16）。

【技术特征摘要】
1.一种集成太阳能水分解制氢的蒸汽动力循环发电系统，其特征在于，碟式太阳能集热器（1）连接高温热化学制氢器（2），高温热化学制氢器（2）与多流回热器（3）连接并构成回路；多流回热器（3）连接氧气储存室（4），多流回热器（3）通过氧气压缩机（5）与燃烧室（9）连接，多流回热器（3）又与气液分离器（6）连接并构成回路；气液分离器（6）连接氢气储存室（7），气液分离器（6）又通过氢气压缩机（8）与燃烧室（9）连接；燃烧室（9）与蒸汽透平（10）、凝汽器（12）、低压加热器（13）、给水泵（14）、高压加热器（15）串联形成回路；蒸汽透平（10）又分别连接发电机（11）、低压加热器（13）和高压加热器（15）；凝汽器...

【专利技术属性】
技术研发人员：许诚，辛团团，刘鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京,11