一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法，利用太阳能聚光集热单元接收汇聚太阳辐射能，通过传热工质将接收的太阳辐射能量转化为高温热能，该高温热能作为热源输送给超临界二氧化碳发电单元；超临界二氧化碳发电单元将利用高温热能加热超临界二氧化碳工质，通过透平与发电机组将接收的热能转化为电能并输出；卡林那循环发电单元以被太阳能聚光集热单元的传热工质以及超临界二氧化碳发电单元做功后的超临界二氧化碳余热作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热，实现发电，并将产生的中温热能输送给超临界二氧化碳发电单元；该结构实现了热能梯级利用，提高了能源利用效率。

A solar energy supercritical carbon dioxide double cycle power generation system and method

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法
本专利技术属于超临界二氧化碳发电
，尤其涉及一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法。
技术介绍
能源和环境是人类社会发展面临的两大难题，不断提高发电机组效率是电力行业研究的永恒主题和目标。目前太阳能热发电系统较常用的动力循环包括以水为工质的朗肯循环和以空气为工质的布雷顿循环，系统效率受到一定限制。为了突破传统动力系统的瓶颈，一些新概念先进动力系统受到学术界和工业界越来越多的关注，以超临界二氧化碳为代表的超临界工质具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。由于超临界二氧化碳循环回热器的回热量较大，合理利用存在一定困难；而且，由于进入被太阳能加热的传热工质已经在回热器中预热，传热工质在驱动超临界二氧化碳循环后温度仍然较高，需要进一步利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法，解决了现有的以超临界二氧化碳为工质的发电系统中存在的上述不足。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，包括太阳能聚光集热单元、超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元，其中，太阳能聚光集热单元分别与超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元连接；卡林那循环发电单元与超临界二氧化碳发电单元连接。优选地，太阳能聚光集热单元包括太阳能聚光镜场、吸热器、第一太阳能加热器、第二太阳能加热器，其中，太阳能聚光镜场的热能输出端连接吸热器，吸热器的传热工质出口依次连接第一太阳能加热器和第二太阳能加热器，所述第二太阳热加热器的传热工质出口与吸热器连接。优选地，所述第二太阳热加热器的传热工质出口与吸热器之间设置有传热工质泵。优选地，超临界二氧化碳发电单元包括二氧化碳透平、回热器、卡林那单元换热器、冷却器和预热器，其中，太阳能聚光集热单元与二氧化碳透平的入口相连，二氧化碳透平的二氧化碳出口与回热器的热端入口相连，回热器的热端出口与卡林那单元换热器的热端入口相连，卡林那单元换热器的热端出口与冷却器的入口相连，冷却器的出口与预热器的二氧化碳入口相连，预热器的二氧化碳出口与回热器的冷端入口相连，回热器的冷端出口与太阳能聚光集热单元相连；卡林那单元换热器的冷端和与预热器均与卡林那循环发电单元连接。优选地，预热器的二氧化碳出口与回热器的冷端入口之间设置有二氧化碳增压装置。优选地，卡林那循环发电单元包括卡林那透平、卡林那回热器、第一混合器、低压凝汽器、氨分离器、第二混合器、高压凝汽器和气液分离器，其中，太阳能聚光集热单元和超临界二氧化碳发电单元均与卡林那透平的入口相连，卡林那透平的乏汽出口与卡林那回热器的热端入口相连，卡林那回热器的热端出口与第一混合器的入口相连，第一混合器的出口与低压凝汽器的入口相连，低压凝汽器的出口与氨分离器的入口相连，氨分离器的氨水出口分别与第二混合器的入口和卡林那回热器的冷端入口相连，卡林那回热器的冷端出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的浓氨水出口与第二混合器的浓氨水入口相连，气液分离器的稀氨水出口与第一混合器的稀氨水入口相连，第二混合器的出口与高压凝汽器的入口相连，高压凝汽器的出口与高压泵的入口相连，高压泵的出口分别与太阳能聚光集热单元和超临界二氧化碳发电单元相连；同时，高压凝汽器还与超临界二氧化碳发电单元连接。一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电方法，基于所述的根据权利要求所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，包括以下步骤：利用太阳能聚光集热单元接收汇聚太阳辐射能，通过传热工质将接收的太阳辐射能量转化为高温热能，该高温热能作为热源输送给超临界二氧化碳发电单元；超临界二氧化碳发电单元将利用高温热能加热超临界二氧化碳工质，通过透平与发电机组将接收的热能转化为电能并输出；卡林那循环发电单元以被太阳能聚光集热单元的传热工质以及超临界二氧化碳发电单元做功后的超临界二氧化碳余热作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热，实现发电，并将产生的中温热能输送给超临界二氧化碳发电单元。优选地，太阳能聚光镜场用于接收并汇聚太阳能辐射能量，并将该太阳能辐射能量传递给吸热器，加热吸热器中的传热工质产生高温传热工质，将太阳辐射能量转化为热能，然后通过第一太阳能加热器和第二太阳能加热器分别将产生的高温传热工质输给超临界二氧化碳发电单元以及卡林那循环发电单元。优选地，在回热器中回热后的超临界二氧化碳工质进入太阳能聚光集热单元被由太阳能加热的传热工质加热，然后高温高压工质超临界二氧化碳进入二氧化碳透平做功发电，出口超临界二氧化碳在回热器中进行余热回收后，进入卡林那单元换热器，作为卡林那循环发电单元的驱动热源，然后超临界二氧化碳工质进入冷却器中冷凝，出口的二氧化碳在预热器中被卡林那循环发电单元出口的中介水预热，然后在回热器中被加热后继续循环。优选地，处于饱和液体状态的工作溶液在太阳能聚光集热单元和超临界二氧化碳发电单元中吸热成为过热蒸气，送至卡林那透平作功发电，乏汽经卡林那回热器冷却后，与气液分离器底部流出的稀氨水在第一混合器中混合，混合后在低压凝汽器中冷凝，之后送至氨分离器，氨分离器出口氨水一股经卡林那回热器加热，并在蒸馏器中分离成为浓氨水和稀氨水；另一股进入第二混合器与气液分离器顶部流出的气态浓氨水混合形成工作溶液，经高压凝汽器冷凝成为饱和工作溶液；同时，高压凝汽器为超临界二氧化碳发电单元提供中温热源。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统及方法，利用太阳能传热工质驱动超临界二氧化碳循环后，进一步驱动卡林那循环，提高能量利用效率；超临界二氧化碳发电单元回热器出口工质作为卡林那循环发电单元的热源，实现热能梯级利用，提高能源利用效率；卡林那循环高压凝汽器出口中介水余热被用于预热超临界二氧化碳工质，提高能量利用效率。进一步的，太阳能聚光集热单元的吸热器依次连接第一太阳能加热器、第二太阳能加热器，被太阳能加热后的中高温传热工质先驱动超临界二氧化碳发电循环，降温后的传热工质再驱动卡林那循环，实现太阳热能梯级利用，提高太阳能利用效率。进一步的，超临界二氧化碳发电单元的卡林那单元换热器，能回收回热器出口工质的余热，作为卡林那循环发电单元的热源进一步利用，提高能源利用效率。进一步的，卡林那循环发电单元的高压凝汽器，能回收第二混合器出口氨水的余热，用于加热中介水，被加热的中介水用于预热超临界二氧化碳工质，提高能量利用效率。附图说明图1是本专利技术涉及的发电系统结构示意图；其中，1、太阳能聚光镜场2、吸热器3、传热工质泵4、第一太阳能加热器5、二氧化碳透平6、回热器7、卡林那单元换热器8、冷却器9、预热器10、二氧化碳增压装置11、第二太阳能加热器12、卡林那透平13、卡林那回热器14、第一混合器15、低压凝汽器16、低压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，包括太阳能聚光集热单元、超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元，其中，太阳能聚光集热单元分别与超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元连接；卡林那循环发电单元与超临界二氧化碳发电单元连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，包括太阳能聚光集热单元、超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元，其中，太阳能聚光集热单元分别与超临界二氧化碳发电单元和卡林那循环发电单元连接；卡林那循环发电单元与超临界二氧化碳发电单元连接。


2.根据权利要求1所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，太阳能聚光集热单元包括太阳能聚光镜场(1)、吸热器(2)、第一太阳能加热器(4)、第二太阳能加热器(11)，其中，太阳能聚光镜场(1)的热能输出端连接加热器(2)，加热器(2)的传热工质出口依次连接第一太阳能加热器(4)和第二太阳能加热器(11)，所述第二太阳热加热器(11)的传热工质出口与吸热器(2)连接。


3.根据权利要求2所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，所述第二太阳热加热器(11)的传热工质出口与吸热器(2)之间设置有传热工质泵(3)。


4.根据权利要求1所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，超临界二氧化碳发电单元包括二氧化碳透平(5)、回热器(6)、卡林那单元换热器(7)、冷却器(8)和预热器(9)，其中，太阳能聚光集热单元与二氧化碳透平(5)的入口相连，二氧化碳透平(5)的二氧化碳出口与回热器(6)的热端入口相连，回热器(6)的热端出口与卡林那单元换热器(7)的热端入口相连，卡林那单元换热器(7)的热端出口与冷却器(8)的入口相连，冷却器(8)的出口与预热器(9)的二氧化碳入口相连，预热器(9)的二氧化碳出口与回热器(6)的冷端入口相连，回热器(6)的冷端出口与太阳能聚光集热单元相连；卡林那单元换热器(7)的冷端和与预热器(9)均与卡林那循环发电单元连接。


5.根据权利要求4所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，预热器(9)的二氧化碳出口与回热器(6)的冷端入口之间设置有二氧化碳增压装置(10)。


6.根据权利要求1所述的一种太阳能超临界二氧化碳双重循环发电系统，其特征在于，卡林那循环发电单元包括卡林那透平(12)、卡林那回热器(13)、第一混合器(14)、低压凝汽器(15)、氨分离器(17)、第二混合器(18)、高压凝汽器(19)和气液分离器(21)，其中，太阳能聚光集热单元和超临界二氧化碳发电单元均与卡林那透平(12)的入口相连，卡林那透平(12)的乏汽出口与卡林那回热器(13)的热端入口相连，卡林那回热器(13)的热端出口与第一混合器(14)的入口相连，第一混合器(14)的出口与低压凝汽器(15)的入口相连，低压凝汽器(15)的出口与氨分离器(17)的入口相连，氨分离器(17)的氨水出口分别与第二混合器(18)的入口和卡林那回热器(13)的冷端入口相连，卡林那回热器(13)的冷端出口与气液分离器(21)的入口相连，气液分离器(21)的浓氨水出口与第二混合器(18)的浓氨水入口相连，气液分...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭烁，周贤，钟迪，王保民，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11