一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统及方法，包括聚光集热系统、储热及换热系统、CO2发电系统与光伏发电系统；聚光集热系统包括集热器；储热及换热系统包括相变储热加热器、熔盐

【技术实现步骤摘要】
一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种发电系统，具体涉及一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统及方法。

技术介绍

[0002]在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在当前阶段，太阳能光伏的技术相对成熟，经过多年发展，价格已经降低很多，目前随着光伏单位造价的降低，国家已经逐步开始降低甚至即将取消对其补贴。但光伏发电储能困难的问题一直难以解决。目前较为成熟的光伏储能配套方式仍然是电池储能，但电池储能的造价始终太高，同时难以避免引发火灾等事故，对于发电厂这样功率等级的大规模储能需求，各种类型的电池储能目前都难以推广。光热电站具有可以利用廉价的储热方式储能的先天优势，因此该技术被大力支持，但光热发电系统的造价一直处于高位，远高于光伏发电。从经济性出发，太阳能发电非光伏莫属，但从电网波动考虑又必须配套一定的光热电站作为调节电站。因此国家及地方政府在鼓励能源企业推广光伏发电的同时，也都出台了相应的政策要求配备一定比例的光热电站，这样就出现了大光伏配小光热的情况。
[0003]与此同时，光热发电需要通过热力循环实现热电转换，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型CO2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，是替代现有水蒸气热力循环系统的最佳选择，也是未来热电系统发展的趋势。因此非常适合将超临界CO2循环应用到光热发电系统当中。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统及方法，以匹配当前大光伏配套小光热的太阳能发电。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统，包括聚光集热系统、储热及换热系统、CO2发电系统与光伏发电系统；
[0007]所述聚光集热系统包括集热器；
[0008]所述储热及换热系统包括：相变储热加热器、熔盐
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CO2换热器和传热熔盐储罐，相变储热加热器的出口与熔盐
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CO2换热器的传热熔盐侧进口相连通，熔盐
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CO2换热器的传热熔盐侧出口与传热熔盐储罐入口相连通，传热熔盐储罐出口分为两路，一路与相变储热加热器的入口相连通，另一路与集热器的入口相连通，集热器的出口与相变储热加热器的入口相连通；
[0009]所述CO2发电系统与熔盐
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CO2换热器相连，
[0010]所述光伏发电系统与相变储热加热器相连。
[0011]进一步的，传热熔盐储罐出口与传热熔盐泵的入口相连通，传热熔盐泵的出口分为两路，一路与相变储热加热器的入口相连通，另一路与集热器的入口相连通。
[0012]进一步的，所述CO2发电系统包括CO2透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机和再压缩机，CO2透平的出口与高温回热器低压侧入口相连通，高温回热器低压侧出口与低温回热器低压侧入口相连通，低温回热器低压侧出口分为两路，一路与预冷器CO2侧入口相连通，预冷器CO2侧出口经主压缩机与低温回热器高压侧入口相连通，低温回热器高压侧出口与高温回热器高压侧入口相连通，低温回热器低压侧出口另一路经再压缩机与高温回热器高压侧入口相连通，高温回热器高压侧出口与熔盐
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CO2换热器CO2入口相连通，熔盐
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CO2换热器CO2出口与CO2透平入口相连通。
[0013]进一步的，相变储热加热器包括相连的电加热单元和相变储热单元；光伏发电系统与电加热单元相连。
[0014]进一步的，集热器中的加热温度高于传热熔盐相变温度50℃。
[0015]进一步的，集热器一侧设置有镜场系统。
[0016]一种基于如上所述的配备相变储热的二氧化碳光热发电系统的方法，在白天光伏发电系统发电充足时，通过镜场和集热器将太阳能转变为热能传递给传热熔盐，传热熔盐再加热相变储热加热器，相变储热加热器消耗光伏发电系统富余电能，并将电能转变为热能，加热相变储热加热器，根据相变储热加热器中的加热单元的温度选择加热对象，当加热单元达到设计温度后，转为其他加热单元，此时CO2发电系统不工作。
[0017]进一步的，在夜间光伏发电系统停发时，断开传热熔盐与集热器的连通，传热熔盐在熔盐
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CO2换热器中放热，传热熔盐将相变储热加热器的热量逐步加热熔盐
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CO2换热器中的CO2，CO2发电系统开始工作。
[0018]与现有技术相比较，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术的CO2光热发电系统及方法是一种为大光伏小光热设计的可消纳光伏太阳能弃光电能的发电系统，其特点是配备了相变储热加热器，主要采用相变储能作为CO2发电系统的储能系统。由于CO2光热发电系统的特点是经过回热后，熔盐进塔温度很高，熔盐的储热温差变小，若采用常规的显热储热则熔盐的储量会非常大。但相变储热在放热时温度恒定，且储能密度远大于显热储热，所以可以大幅减少储热介质用量。另外该光热发电及储能系统是为光伏电站配套，相变储能可以利用电加热器实现储热，电加热将电能转变为热能时不存在需要过高的传热温差也可以实现能量的传递，无需阶梯相变储能。
[0020]本专利技术的发电系统发电时，在白天光伏发电系统发电充足时，利用太阳能转变为热能传递给传热熔盐，传热熔盐加热相变储热加热器中的相变材料，同时光伏发电系统多余的电能也用来加热相变储热加热器中的相变材料，避免了弃光问题。本专利技术中电加热将电能转变为热能时不存在需要过高的传热温差也可以实现能量的传递，无需阶梯相变储能。
[0021]进一步的，夜间时，将相变材料中的热量通过传热熔盐再加热CO2发电系统，实现对光伏发电系统的互补。
附图说明
[0022]图1为本专利技术系统的结构示意图。
[0023]图中，1为集热器，2为镜场系统，3为相变储热加热器，4为熔盐
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CO2换热器，5为传热熔盐储罐，6为传热熔盐泵，7为CO2透平，8为高温回热器，9为低温回热器，10为预冷器，11为主压缩机，12为再压缩机，13为光伏发电系统。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0025]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。
[0026]如图1所示，一种大光伏配比的配备相变储热的CO2光热发电系统，包括聚光集热系统、储热及换热系统、CO2发电系统、光伏发电系统；
[0027]所述聚光集热系统包括：集热器1和镜场系统2；镜场系统2设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统，其特征在于，包括聚光集热系统、储热及换热系统、CO2发电系统与光伏发电系统；所述聚光集热系统包括集热器(1)；所述储热及换热系统包括：相变储热加热器(3)、熔盐
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CO2换热器(4)和传热熔盐储罐(5)，相变储热加热器(3)的出口与熔盐
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CO2换热器(4)的传热熔盐侧进口相连通，熔盐
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CO2换热器(4)的传热熔盐侧出口与传热熔盐储罐(5)入口相连通，传热熔盐储罐(5)出口分为两路，一路与相变储热加热器(3)的入口相连通，另一路与集热器(1)的入口相连通，集热器(1)的出口与相变储热加热器(3)的入口相连通；所述CO2发电系统与熔盐
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CO2换热器(4)相连，所述光伏发电系统与相变储热加热器(3)相连。2.根据权利要求1所述的一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统，其特征在于，传热熔盐储罐(5)出口与传热熔盐泵(6)的入口相连通，传热熔盐泵(6)的出口分为两路，一路与相变储热加热器(3)的入口相连通，另一路与集热器(1)的入口相连通。3.根据权利要求1所述的一种配备相变储热的二氧化碳光热发电系统，其特征在于，所述CO2发电系统包括CO2透平(7)、高温回热器(8)、低温回热器(9)、预冷器(10)、主压缩机(11)和再压缩机(12)，CO2透平(7)的出口与高温回热器(8)低压侧入口相连通，高温回热器(8)低压侧出口与低温回热器(9)低压侧入口相连通，低温回热器(9)低压侧出口分为两路，一路与预冷器(10)CO2侧入口相连通，预冷器(10)CO2侧出口经主压缩机(11)与低温回热器(9)高压侧入口相连通，低温回热器(9)高压侧出口与高温回热...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炜，李红智，乔永强，张天宇，韩煜航，张佳，刘祥，孙超，李海建，
申请(专利权)人：格尔木华能太阳能发电有限公司，
类型：发明
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