一种光热发电方法技术

一种光热发电方法，属于太阳能光热发电领域，现行的光热发电在热电转化环节效率不高水工质；本发明专利技术采用例如甲烷的低相变热的、低沸点的、在设计的热力循环的高温时段具有热稳定性的工质物质，通过工质的液态加压、冷量回馈、余热回收、高温加热、膨胀作功、空冷散热、余热回馈、初步预冷、深度冷却、液化和液态加压的热力循环过程，将太阳热能，通过膨胀透平负载的发电机转化为电能；大幅提高了工质吸收能量的作功比率；本发明专利技术在保留郎肯循环低能耗的工质液态加压的优点的基础上，又采用冷量回馈工艺、高相变热的制冷介质，从而又大大降低了工质深冷、液化能耗，从而提高了太阳光热发电的效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光热发电方法


[0001]本专利技术属于太阳能发电领域，特别涉及将太阳光的热能转化为电力的方法。

技术介绍

[0002]现行的光热发电，目前可以商业化的技术，主要是将太阳的光热能通过聚光过程转化为高温融盐的热能后，再通过郎肯水蒸汽循环发电，或超临界CO2的布雷顿循环转化为电能，由于郎肯水蒸汽循环的巨大冷凝热损失和布雷顿循环的巨大工质压缩能耗的存在，虽多年来也在不断改进，但其热效率提高的效果并不令人满意，与风力发电和光伏发电相比，目前的光热发电是成本最高的清洁能源，没有政府的补贴，还不可能与传统的燃煤发电、天然气发电进行市场竞争。
[0003]CN112012895A公开了一种低温工质太阳能光热发电系统及太阳能光热发电设备，由于工质高温温度太低，又没有实现深冷制冷单元，实难以实现专利技术目的。CN107084103A公开了一种以二氧化碳为储热及作功工质的塔式太阳能光热发电系统，采用的布雷顿燃机循环工艺，但由于进膨胀透平的CO2工质温度远低于布雷顿燃机进口温度，其热效率还达不到单循环的燃气轮机的高度，实难有商业前景。CN111749862A公开了一种混合物工质超临界布雷顿循环光热发电系统，该专利技术虽在工质中增加的临界温度比CO2的临界点温度高一点的SF6，能够稍微提高一点混合物工质的临界温度，但由于工质仍然存在超临界压力下，使进膨胀透平的温度仍然必须远低于布雷顿燃机进口温度才能确保安全的问题，从而也使该专利技术的热效率远低于单循环的布雷顿燃机，故也难以进一步发展到商业化阶段。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目地是提出一类能源转化率更高的的热力循环工作物质，和使用这类工质将太阳光热能源转化为机械能及电能的热力循环方法。
[0005]1.一种光热发电方法，其特征在于：
[0006]该方法是采用甲烷为热力循环工质，通过高温换热器将来自高温融盐的太阳能光热转化为高压力的，例如30MPa压力的甲烷工质的高温热焓，并使甲烷工质被加热到温度接近膨胀透平在该压力下的许用应力温度，目前约600℃左右；然后30MPa压力、600℃温度的甲烷工质，进入高压端能够承受30MPa压力、600℃温度的膨胀透平，进行绝热膨胀作功，将甲烷工质携带的有效能转化为膨胀透平的机械能，甲烷工质压力降至0.3MPa左右，温度降为80℃左右，在膨胀透平的低压端出来，成为低压甲烷工质；低压甲烷工质再经常温冷却、预冷和深冷后放出热量，并液化为
‑
155至
‑
165℃的液态甲烷；
[0007]液态甲烷经高压泵升压至30MPa后，温度升至
‑
135至
‑
145℃成为高压低温甲烷工质，高压低温甲烷工质再将其冷量，在换热器中通过逆流换热，交换给温度更高的、需要预冷、深冷、液化的低压甲烷工质，在将冷量回馈给低压甲烷工质的同时，高压低温甲烷工质获得热量、温度升高，并成为气态的高压常温甲烷工质；高压常温甲烷工质再进入高温换热器，将高温融盐带来的光热转转变为高压力的甲烷工质的热焓后，再进入膨胀透平将来自
太阳的热能，通过膨胀透平联轴的发电机转为电能；
[0008]本专利技术具体由热力循环、预冷循环、深冷循环相互耦合实现，热力循环的作用是利用热机工质和相关功能装置实现热能转化为机械能；预冷循环和深冷循环的作用是将热机工质深冷液化，具体的描述如下：
[0009]①
热力循环，采用低沸点、低汽化热的热机工质，如甲烷；在热力循环中，液态热机工质经高压液下泵(GYYXB)升压至热力循环回路最高压力后，先后依次经高压深冷液态工质管路(9)及止回阀(ZHF2)，进入液化换热器(HRQ3)吸收深冷工质气(6)液化的部分放热；经深冷换热器进口管路(10)，进入深冷换热器(HRQ2)吸收预冷工质气(5)的深冷放热的部分热量；经高压超临界工质管路(11)，进入预冷换热器(HRQ1)吸收部分常温工质气(4)的预冷放热热量；经高压工质气管路(12)，进入冷量回收换热器(HRQ4)吸收低压工质的热量后成为高压常温工质气(13)；再经高压常温工质气管路(13)，进入余热回收换热器(HRQ5)回收透平尾气余热后，成为高压预热工质气(14)；
[0010]高压预热工质气(14)进入太阳能高温熔盐换热器(15)后，被加热到工艺规定的(T1)温度时成为高压高温工质气(0)，再经高压高温工质气(0)管路进入膨胀透平(PZTP)绝热膨胀作功，高压高温工质气(0)的压力由(P1)降至(P2)压力，温度由(T1)降至(T2)温度，实现热能转化为机械能的过程；
[0011]出膨胀透平(PZTP)的乏态工质气(1)经换热器(HRQ5)，将部分热量传给高压常温工质气(13)后；再经余热工质气(2)管路进入空冷器(KLQ4)排出余热后；再经余温工质气管路(3)进入换热器(HRQ4)，回收高压低温工质气(12)的冷量后；再经常工质气管路(4)进入预冷换热器(HRQ1)，被预冷循环的丙烷及高压超临界工质(11)降低温度，成为预冷工质气(5)；再经预冷工质气管路(5)进入深冷换热器(HRQ2)，被深冷循环的混合制冷剂冷却降温并开始液化后；再经深冷工质气管路(6)进入液化换热器(HRQ3)，被深冷循环的混合制冷剂冷却并完全液化成为液化工质(7)后，经止回阀(ZHF1)及管路(8)进入分离器(FLQ1)，释放出微量不凝气(BNQ)后，被设在分离器(FLQ1)底部的高压液下泵(GYYXB)升压至热力循环回路最高压力后再次热力循环；
[0012]②
预冷循环，采用单组份丙烷制冷剂或混合制冷剂，预冷循环的作用是，通过预冷循环制冷剂在低压下的汽化吸热，将热力循环工质和深冷循环的制冷剂的温度，由常温预冷到≤
‑
35℃；
[0013]预冷循环过程：经丙烷二级压缩机(C2)压缩后的高压高温丙烷气(Y1)，进入丙烷二级压缩气空冷器(KLQ2)冷却至常温液化后，经高压常温液态丙烷管路(Y2)进入预冷换热器(HRQ1)被冷却降温后，再经高压低温液态丙烷管路(Y3)进入丙烷节流膨胀机(PZJ1)降压、膨胀，并经低温气液混合丙烷管路(Y4)再次进入预冷换热器(HRQ1)低压侧汽化、吸热、降温，从而使进入预冷换热器(HRQ1)内的常温工质气(4)、常温液态丙烷(Y2)、高压常温气态混合制冷剂(S2)温度降低到预冷指标后，低压低温气态丙烷(Y5)进入丙烷一级压缩机(C1)加压后进入丙烷一级压缩气空冷器(KLQ1)冷却至常温后，经一级压缩空冷器出口丙烷气管路(Y7)进入丙烷气液分离器(FLQ2)进行气液分离；
[0014]a气相丙烷经气液分离器(FLQ2)气相出口管路(Y8)，进入丙烷二级压缩机(C2)加压后进入高压高温丙烷气(Y1)继续进行预冷循环；
[0015]b液相丙烷经丙烷液管路(Y9)，送入丙烷液加压泵(B)加压后，经丙烷液加压泵出
口管路(Y10)，汇入丙烷二级压缩机(C2)出口的高压高温丙烷气(Y1)后继续进行预冷循环；
[0016]③
深冷循环，深冷循环采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热发电方法，其特征在于：采用甲烷为热力循环工质，通过高温换热器将来自高温融盐的太阳能光热转化为高压力的，例如30MPa压力的甲烷工质的高温热焓，并使甲烷工质被加热到温度接近膨胀透平在该压力下的许用应力温度，目前约600℃左右；然后30MPa压力、600℃温度的甲烷工质，进入高压端能够承受30MPa压力、600℃温度的膨胀透平，进行绝热膨胀作功，将甲烷工质携带的有效能转化为膨胀透平的机械能，甲烷工质压力降至0.3MPa左右，温度降为80℃左右，在膨胀透平的低压端出来，成为低压甲烷工质；低压甲烷工质再经常温冷却、预冷和深冷后放出热量，并液化为
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155至
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165℃的液态甲烷；液态甲烷经高压泵升压至30MPa后，温度升至
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135至
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145℃成为高压低温甲烷工质，高压低温甲烷工质再将其冷量，在换热器中通过逆流换热，交换给温度更高的、需要预冷、深冷、液化的低压甲烷工质，在将冷量回馈给低压甲烷工质的同时，高压低温甲烷工质获得热量、温度升高，并成为气态的高压常温甲烷工质；高压常温甲烷工质再进入高温换热器，将高温融盐带来的光热转转变为高压力的甲烷工质的热焓后，再进入膨胀透平将来自太阳的热能，通过膨胀透平联轴的发电机转为电能；本发明具体由热力循环、预冷循环、深冷循环相互耦合实现，热力循环的作用是利用热机工质和相关功能装置实现热能转化为机械能；预冷循环和深冷循环的作用是将热机工质深冷液化，具体的描述如下：
①
热力循环，采用低沸点、低汽化热的热机工质，如甲烷；在热力循环中，液态热机工质经高压液下泵(GYYXB)升压至热力循环回路最高压力后，先后依次经高压深冷液态工质管路(9)及止回阀(ZHF2)，进入液化换热器(HRQ3)吸收深冷工质气(6)液化的部分放热；经深冷换热器进口管路(10)，进入深冷换热器(HRQ2)吸收预冷工质气(5)的深冷放热的部分热量；经高压超临界工质管路(11)，进入预冷换热器(HRQ1)吸收部分常温工质气(4)的预冷放热热量；经高压工质气管路(12)，进入冷量回收换热器(HRQ4)吸收低压工质的热量后成为高压常温工质气(13)；再经高压常温工质气管路(13)，进入余热回收换热器(HRQ5)回收透平尾气余热后，成为高压预热工质气(14)；高压预热工质气(14)进入太阳能高温熔盐换热器(15)后，被加热到工艺规定的(T1)温度时成为高压高温工质气(0)，再经高压高温工质气(0)管路进入膨胀透平(PZTP)绝热膨胀作功，高压高温工质气(0)的压力由(P1)降至(P2)压力，温度由(T1)降至(T2)温度，实现热能转化为机械能的过程；出膨胀透平(PZTP)的乏态工质气(1)经换热器(HRQ5)，将部分热量传给高压常温工质气(13)后；再经余热工质气(2)管路进入空冷器(KLQ4)排出余热后；再经余温工质气管路(3)进入换热器(HRQ4)，回收高压低温工质气(12)的冷量后；再经常工质气管路(4)进入预冷换热器(HRQ1)，被预冷循环的丙烷及高压超临界工质(11)降低温度，成为预冷工质气(5)；再经预冷工质气管路(5)进入深冷换热器(HRQ2)，被深冷循环的混合制冷剂冷却降温并开始液化后；再经深冷工质气管路(6)进入液化换热器(HRQ3)，被深冷循环的混合制冷剂冷却并完全液化成为液化工质(7)后，经止回阀(ZHF1)及管路(8)进入分离器(FLQ1)，释放出微量不凝气(BNQ)后，被设在分离器(FLQ1)底部的高压液下泵(GYYXB)升压至热力循环回路最高压力后再次热力循环；
②
预冷循环，采用单组份丙烷制冷剂或混合制冷剂，预冷循环的作用是，通过预冷循环制冷剂在低压下的汽化吸热，将热力循环工质和深冷循环的制冷剂的温度，由常温预冷到
≤
‑
35℃；预冷循环过程：经丙烷二级压缩机(C2)压缩后的高压高温丙烷气(Y1)，进入丙烷二级压缩气空冷器(KLQ2)冷却至常温液化后，经高压常温液态丙烷管路(Y2)进入预冷换热器(HRQ1)被冷却降温后，再经高压低温液态丙烷管路(Y3)进入丙烷节流膨胀机(PZJ1)降压、膨胀，并经低温气液混合丙烷管路(Y4)再次进入预冷换热器(HRQ1)低压侧汽化、吸热、降温，从而使进入预冷换热器(HRQ1)内的常温工质气(4)、常温液态丙烷(Y2)、高压常温气态混合制冷剂(S2)温度降低到预冷指标后，低压低温气态丙烷(Y5)进入丙烷一级压缩机(C1)加压后进入丙烷一级压缩气空冷器(KLQ1)冷却至常温后，经一级压缩空冷器出口丙烷气管路(Y7)进入丙烷气液分离器(FLQ2)进行气液分离；a气相丙烷经气液分离器(FLQ2)气相出口管路(Y8)，进入丙烷二级压缩机(C2)加压后进入高压高温丙烷气(Y1)继续进行预冷循环；b液相丙烷经丙烷液管路(Y9)，送入丙烷液加压泵(B)加压后，经丙烷液加压泵出口管路(Y10)，汇入丙烷二级压缩机(C2)出口的高压高温丙烷气(Y1)后继续进行预冷循环；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李开建，
申请(专利权)人：成都聚实节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：