一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，涉及碳的减排领域，包括CO

A peak shaving system based on microalgae respiration coupled with solar energy and supercritical hydrothermal reaction

【技术实现步骤摘要】
一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统
本专利技术涉及一种控制CO2排放的基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，属于节能减排和能源

技术介绍
自从工业文明以来，地球大气中的CO2浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO2作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。目前，超临界CO2发电是控制CO2排放的一种新型利用技术，其以超临界状态的CO2为工质，将热源的能量转化为机械能。由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，以其作工质的发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，受到各国研究者的广泛热捧。从调整能源结构的角度来看，新能源在社会能源结构中所占比重越来越大，可再生能源尤其是太阳能是当前人们尤其关注的。人类对太阳能利用的发展方向还有植物(比如微藻)的光合作用，植物光合作用可以固定大量二氧化碳，如申请号为201810204218.7的专利技术专利公开了一种利用微藻光合作用的热电联产。而相对光合作用，植物(如微藻)的呼吸作用则将产生大量的CO2，控制这部分CO2排放对于碳的减排同样具有重要意义。并且诸如小球藻之类的微藻，除了改善生态环境外，也可以用于处理工业废水和城市污水。从能源结构角度来看，短期内人类以化石能源为主要能源的形势不会改变，尤其是我国，煤炭从储量构成到能源消费体系都占绝对主导地位，如何使能源系统环境友好且在分离CO2的同时提高系统利用效率，是控制CO2排放的能源系统研究的主要目的。煤的超临界水热反应是利用超临界水的特殊性质，煤和氧气在超临界水中完全互溶后，形成均相反应体系，在极短的反应时间内煤彻底被氧化，释放出大量的热量，最终产物为CO2、H2O、N2等无害物质，无SO2、NOx等有害气体，有显著的环保优势。该技术属于新型的煤炭洁净燃烧技术，符合当前节能、减排的国际发展趋势。与焚烧法、湿式空气氧化法相比，超临界水氧化技术具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点。鉴于此，本专利技术提出一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，该系统不仅可以有效利用微藻呼吸作用产生的CO2，环保无害符合目前节能减排政策，而且能够使超临界水热反应的系统经济性和能源利用效率大大提高，能够以低成本、低能耗捕集CO2，加以循环利用。此外，提高太阳能和化学能的转化利用，降低了CO2分离的投资和能耗。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，其特征在于，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；所述CO2生产系统包括微藻培养罐、O2罐、一级压缩机、低温回热器、第一高温回热器和储气罐；所述微藻培养罐包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，所述微藻培养罐的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；所述微藻培养罐的O2输出口与O2罐连接，所述O2罐的出口分成两路，其中一路接入所述超临界水热反应系统，另一路与所述微藻培养罐底部的O2输入口连接；所述一级压缩机的入口与所述微藻培养罐的CO2输出口连接，所述一级压缩机的出口接入所述低温回热器；所述低温回热器包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，所述第一高温回热器包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述第一高温回热器通过侧面出口与所述储气罐相连；所述超临界水热反应系统包括预热器、超临界水热反应器、CO2分离器和第二高温回热器；所述预热器包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述预热器的侧面入口与所述O2罐的一路出口连接；所述超临界水热反应器包括燃料入口、O2入口和气体出口，所述超临界水热反应器的O2入口与所述预热器的侧面出口相连，所述超临界水热反应器的气体出口与所述预热器的顶部入口相连；所述CO2分离器的入口与所述预热器的顶部出口相连，所述CO2分离器的出口分为两路，其中一路接入所述微藻培养罐底部的CO2输入口，另一路与所述第二高温回热器连接；所述第二高温回热器包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，所述第二高温回热器通过底部出口接入热电发生系统；所述太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器，所述低聚光比的抛物槽式集热器包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器的顶部入口和第二高温回热器的底部入口，所述第一高温回热器的顶部出口和第二高温回热器的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器的导热油回流口；所述热电发生系统包括二级压缩机、一级透平、第一发电机、二级透平、第二发电机和余热锅炉，所述储气罐的出口汇合来自所述第二高温回热器的侧面出口的管道和低温回热器的底部出口的管道连接于所述二级压缩机；所述二级压缩机的出口分为两路，一路接入所述低温回热器的底部入口，另一路接入所述一级透平；所述一级透平与所述二级透平相连，所述一级透平的出口分成两路，一路与所述二级透平连接，另一路汇合来自所述低温回热器的顶部出口的管道连接于所述第一高温回热器的底部入口；所述一级透平和二级透平分别用于带动所述第一发电机和第二发电机发电；所述二级透平与所述余热锅炉的入口相连，所述余热锅炉的输出端与所述一级压缩机的出口汇合后连接于所述低温回热器的顶部入口。上述基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统的工作方法按气体流动划分为3个过程，具体如下：1.CO2生产过程：白天有阳光时，微藻进行光合作用产生O2储存在O2罐中；夜晚O2罐的O2进入微藻培养罐的底部作为呼吸作用的反应物，微藻呼吸作用产生的CO2经过一级压缩机后与来自余热锅炉输出端的乏汽汇合进入低温回热器，混合气体在低温回热器内与来自二级压缩机出口高温高压的CO2进行换热后变为450℃、20Mpa的CO2，随后中温中压的CO2混合来自一级透平的出口乏汽进入第一高温回热器；烟气在第一高温回热器内与吸收太阳能后的导热油进行换热后进入储气罐。微藻培养罐的气体输出口的两支路汇合处设置有三通阀，夜晚时O2输出口关闭，CO2输出口开启，白天时O2输出口开启，CO2输出口关闭；另外，储气罐的输出口、第二高温回热器的侧面出口和低温回热器的底部出口的管道汇合处设置有四通阀，夜晚时储气罐的输出口与低温回热器的底部出口的阀门处于关闭状态，即超临界水热反应系统、热电发生系统处于运行状态；白天时，储气罐的输出口与低温回热器的底部出口的阀门均处于开启状态。2.超临界水热反应过程：O2罐的O2进入预热器与来自超临界水热反应器的出口烟气进行预热，预热后的O2进入超临界水热反应器的底部作为水热反应的氧化剂；燃料在超临界水热反应器的内部发生氧化反应产生CO2、和N2，混合烟气在经过预热器的冷却后进入CO2分离器，分离后纯净的CO2部分进入微藻培养罐的底部作为白天光合作用的反应物，部分进入第二高温回热器与吸收太阳能后的导热油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，其特征在于，包括CO

【技术特征摘要】
1.一种基于微藻呼吸作用耦合太阳能与超临界水热反应的电力调峰系统，其特征在于，包括CO2生产系统、太阳能利用系统、超临界水热反应系统以及热电发生系统；
所述CO2生产系统包括微藻培养罐（1）、O2罐（2）、一级压缩机（3）、低温回热器（4）、第一高温回热器（5）和储气罐（6）；所述微藻培养罐（1）包括O2输入口、CO2输入口和气体输出口，所述微藻培养罐（1）的气体输出口包括CO2输出口和O2输出口；所述微藻培养罐（1）的O2输出口与O2罐（2）连接，所述O2罐（2）的出口分成两路，其中一路接入所述超临界水热反应系统，另一路与所述微藻培养罐（1）底部的O2输入口连接；所述一级压缩机（3）的入口与所述微藻培养罐（1）的CO2输出口连接，所述一级压缩机（3）的出口接入所述低温回热器（4）；所述低温回热器（4）包括顶部入口、底部入口、顶部出口和底部出口，所述第一高温回热器（5）包括底部入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述第一高温回热器（5）通过侧面出口与所述储气罐（6）相连；
所述超临界水热反应系统包括预热器（7）、超临界水热反应器（8）、CO2分离器（9）和第二高温回热器（10）；所述预热器（7）包括侧面入口、侧面出口、顶部入口和顶部出口；所述预热器（7）的侧面入口与所述O2罐（2）的一路出口连接；所述超临界水热反应器（8）包括燃料入口、O2入口和气体出口，所述超临界水热反应器（8）的O2入口与所述预热器（7）的侧面出口相连，所述超临界水热反应器（8）的气体出口与所述预热器（7）的顶部入口相连；所述CO2分离器（9）的入口与所述预热器（7）的顶部出口相连，所述CO2分离器（9）的出口分为两路，其中一路接入所述微藻培养罐（1）底部的CO2输入口，另一路与所述第二高温回热器（10）连接；所述第二高温回热器（10）包括底部入口、底部出口、顶部入口和侧面出口，所述第二高温回热器（10）通过底部出口接入热电发生系统；
所述太阳能利用系统包括低聚光比的抛物槽式集热器（11），所述低聚光比的抛物槽式集热器（11）包括导热油出口和导热油回流口，其中导热油出口分成两路并分别连接于第一高温回热器（5）的顶部入口和第二高温回热器（10）的底部入口，所述第一高温回热器（5）的顶部出口和第二高温回热器（10）的底部出口汇合后连接于抛物槽式集热器（11）的导热油回流口；
所述热电发生系统包括二级压缩机（12）、一级透平（13）、第一发电机（14）、二级透平（15）、第二发电机（16）和余热锅炉（17），所述储气罐（6）的出口汇合来自所述第二高温回热器（10）的侧面出口的管道和低温回热器（4）的底部出口的管道连接于所述二级压缩机（12）；所述二级压缩机（12）的出口分为两路，一路接入所述低温回热器（4）的底部入口，另一路接入所述一级透平（13）；所述一级透平（13）与所述二级透平（15）相连，所述一级透平（13）的出口分成两路，一路与所述二级透平（15）连接，另一路汇合来自所述低温回热器（4）的顶部出口的管道连接于所述第一高温回热器（5）的底部入口；所述一级透平（13）和二级透平（15）分别用于带动所述第一发电机（14）和第二发电机（16）发电；所述二级透平（15）与所述余热锅炉（17）的入口相连，所述余热锅炉（17）的输出端与所述一级压缩机（3）的出口汇合后连接于所述低温回热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕龙，周宇昊，张海珍，王明晓，林达，罗成鑫，柯冬冬，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33