一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

技術(shù)領(lǐng)域

1.本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，由于太陽(yáng)能光熱發(fā)電理論上可以達(dá)到與太陽(yáng)溫度一樣的高溫，而眾所周知，溫度越高熱效率越高，所以太陽(yáng)能光熱發(fā)電越發(fā)受到重視。

3.光熱發(fā)電需要將光能轉(zhuǎn)換為熱能，再通過(guò)熱力循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換，目前在眾多熱力循環(huán)當(dāng)中，超臨界布雷頓循環(huán)是一種最有優(yōu)勢(shì)的循環(huán)形式。新型超臨界工質(zhì)二氧化碳、氦氣和氧化二氮等具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單等先天優(yōu)勢(shì)，可以大幅提高熱功轉(zhuǎn)換效率，減小設(shè)備體積，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。尤其是當(dāng)熱端溫度達(dá)到500℃以上后超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著溫度越來(lái)越明顯，其熱效率會(huì)逐漸拉開(kāi)與傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)或其他工質(zhì)循環(huán)的距離。

4.但是目前塔式太陽(yáng)能的集熱溫度并不高，其中材料問(wèn)題占了很大一部分原因，目前實(shí)際應(yīng)用于汽輪機(jī)組發(fā)電的高溫材料在620℃以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)低于太陽(yáng)能集熱器可以達(dá)到的熱源溫度，另外，太陽(yáng)能光熱發(fā)電一般必須考慮儲(chǔ)熱，大型儲(chǔ)熱裝置一般布置在地面上，因此在塔頂?shù)募療崞髋c儲(chǔ)熱裝置以及發(fā)電機(jī)組的距離會(huì)比較遠(yuǎn)，加之效率較高的發(fā)電機(jī)組主汽壓力都比較，因此管壁非常厚，若都采用能夠耐高溫的合金材料制作管道，并且輸送如此遠(yuǎn)距離，費(fèi)用將十分巨大，顯然不能被接受。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為了克服以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，具有減少材料費(fèi)用，發(fā)電效率高的特點(diǎn)。

6.為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

7.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機(jī)1，壓氣機(jī)1的出口與空氣回?zé)崞?的低溫側(cè)入口連通，空氣回?zé)崞?的低溫側(cè)出口與空氣渦輪3入口連通，空氣渦輪3的出口與太陽(yáng)能集熱器4的入口相連通，太陽(yáng)能集熱器4的出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側(cè)出口與空氣換熱器2的高溫側(cè)入口相連通，空氣換熱器2的高溫側(cè)出口與外界空氣相連通；

8.二氧化碳透平6的出口與二氧化碳回?zé)崞?的高溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?的高溫側(cè)出口與預(yù)冷器8的二氧化碳側(cè)入口相連通，預(yù)冷器8的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9的入口相連通，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9的出口與二氧化碳回?zé)崞?的低溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?的低溫側(cè)出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳透平6的入口相連通。

9.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的方法，首先壓氣機(jī)1從外

界大氣中吸收空氣進(jìn)行壓縮，然后送入空氣回?zé)崞?冷側(cè)吸收熱量，被加熱后的壓縮空氣進(jìn)入空氣渦輪3膨脹做功，膨脹后的低壓空氣進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器4吸收熱量，被加熱到高溫的空氣進(jìn)入空氣

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二氧化碳換熱器5進(jìn)行放熱，放熱后的空氣仍然具有較高溫度，然后進(jìn)入空氣回?zé)崞?的熱側(cè)繼續(xù)放熱，最后排出到外界大氣之中；

10.超臨界二氧化碳循環(huán)為閉式循環(huán)，在空氣

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二氧化碳換熱器5中吸收了高溫空氣釋放的熱量之后的高壓超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳透平6做功，膨脹做功之后變?yōu)榈蛪撼R界二氧化碳，低壓超臨界二氧化碳首先進(jìn)入二氧化碳回?zé)崞?熱側(cè)釋放余熱，然后進(jìn)入預(yù)冷器8繼續(xù)被冷卻，被冷卻后的低壓低溫超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9被增壓，增壓后的超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳回?zé)崞?冷側(cè)吸收熱量，然后再進(jìn)入空氣

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二氧化碳換熱器5繼續(xù)吸收熱量，最終達(dá)到最高溫度，最后進(jìn)入二氧化碳透平6完成最終循環(huán)。

11.本實(shí)用新型的有益效果：

12.本實(shí)用新型所述的一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，首先采用空氣布雷頓循環(huán)透平的排氣作為太陽(yáng)能集熱器的吸熱工質(zhì)，壓力接近常壓，因此集熱器，以及輸送流體的通道材料可以選用常用采用，不用考慮高溫下強(qiáng)度的問(wèn)題。當(dāng)高溫?zé)崃黧w輸送到儲(chǔ)能系統(tǒng)以及機(jī)組附近后再選用高溫合金材料，這樣可以大大減少材料費(fèi)用。另外，本實(shí)用新型采用了超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組，它具有體積小的特點(diǎn)，也可以減少材料消耗。加上本系統(tǒng)采用了空氣布雷頓循環(huán)與超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組相結(jié)合，發(fā)電效率會(huì)更加高。

附圖說(shuō)明

13.圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

14.其中，壓氣機(jī)1、空氣回?zé)崞?、空氣渦輪3、太陽(yáng)能集熱器4、空氣

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二氧化碳換熱器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回?zé)崞?、預(yù)冷器8、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9。

具體實(shí)施方式

15.下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

16.參考圖1，本實(shí)用新型所述的一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機(jī)1、空氣回?zé)崞?、空氣渦輪3、太陽(yáng)能集熱器4、空氣

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二氧化碳換熱器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回?zé)崞?、預(yù)冷器8、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9，壓氣機(jī)1的入口與外界空氣相連通，壓氣機(jī)1的出口與空氣回?zé)崞?的低溫側(cè)入口連通，空氣回?zé)崞?的低溫側(cè)出口與空氣渦輪入口連通，空氣渦輪3的出口與太陽(yáng)能集熱器4的入口相連通，太陽(yáng)能集熱器4的出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側(cè)出口與空氣換熱器2的高溫側(cè)入口相連通，空氣換熱器2的高溫側(cè)出口與外界空氣相連通，二氧化碳透平6的出口與二氧化碳回?zé)崞?的高溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?的高溫側(cè)出口與預(yù)冷器8的二氧化碳側(cè)入口相連通，預(yù)冷器8的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9的入口相連通，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9的出口與二氧化碳回?zé)崞?的低溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?的低溫側(cè)出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳透平6的入口相連通。

17.該系統(tǒng)首先采用空氣布雷頓循環(huán)透平的排氣作為太陽(yáng)能集熱器的吸熱工質(zhì)，壓力

接近常壓，因此集熱器，以及輸送流體的通道材料可以選用常用采用，不用考慮高溫下強(qiáng)度的問(wèn)題。當(dāng)高溫?zé)崃黧w輸送到儲(chǔ)能系統(tǒng)以及機(jī)組附近后再選用高溫合金材料，這樣可以大大減少材料費(fèi)用。另外，本實(shí)用新型采用了超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組，它具有體積小的特點(diǎn)，也可以減少材料消耗。加上本系統(tǒng)采用了空氣布雷頓循環(huán)與超臨界二氧化碳發(fā)電機(jī)組相結(jié)合，發(fā)電效率會(huì)更加高。

18.本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程為：

19.首先壓氣機(jī)1從外界大氣中吸收空氣進(jìn)行壓縮，然后送入空氣回?zé)崞?冷側(cè)吸收熱量，被加熱后的壓縮空氣進(jìn)入空氣渦輪3膨脹做功，膨脹后的低壓空氣進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器4吸收熱量，被加熱到高溫的空氣進(jìn)入空氣

?

二氧化碳換熱器5進(jìn)行放熱，放熱后的空氣仍然具有較高溫度，然后進(jìn)入空氣回?zé)崞?的熱側(cè)繼續(xù)放熱，最后排出到外界大氣之中；

20.超臨界二氧化碳循環(huán)為閉式循環(huán)，在空氣

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二氧化碳換熱器5中吸收了高溫空氣釋放的熱量之后的高壓超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳透平6做功，膨脹做功之后變?yōu)榈蛪撼R界二氧化碳，低壓超臨界二氧化碳首先進(jìn)入二氧化碳回?zé)崞?熱側(cè)釋放余熱，然后進(jìn)入預(yù)冷器8繼續(xù)被冷卻，被冷卻后的低壓低溫超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)9被增壓，增壓后的超臨界二氧化碳進(jìn)入二氧化碳回?zé)崞?冷側(cè)吸收熱量，然后再進(jìn)入空氣

?

二氧化碳換熱器5繼續(xù)吸收熱量，最終達(dá)到最高溫度，最后進(jìn)入二氧化碳透平6完成最終循環(huán)。

21.以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括壓氣機(jī)(1)，壓氣機(jī)(1)的出口與空氣換熱器(2)的低溫側(cè)入口連通，空氣換熱器(2)的低溫側(cè)出口與空氣渦輪(3)入口連通，空氣渦輪(3)的出口與太陽(yáng)能集熱器(4)的入口相連通，太陽(yáng)能集熱器(4)的出口與空氣

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二氧化碳換熱器(5)的空氣側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器(5)的空氣側(cè)出口與空氣換熱器(2)的高溫側(cè)入口相連通，空氣換熱器(2)的高溫側(cè)出口與外界空氣相連通；二氧化碳透平(6)的出口與二氧化碳回?zé)崞?7)的高溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?7)的高溫側(cè)出口與預(yù)冷器(8)的二氧化碳側(cè)入口相連通，預(yù)冷器(8)的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(9)的入口相連通，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(9)的出口與二氧化碳回?zé)崞?7)的低溫側(cè)入口相連通，二氧化碳回?zé)崞?7)的低溫側(cè)出口與空氣

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二氧化碳換熱器(5)的二氧化碳側(cè)入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器(5)的二氧化碳側(cè)出口與二氧化碳透平(6)的入口相連通。

技術(shù)總結(jié)

一種超臨界CO2與空氣布雷頓聯(lián)合循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機(jī)，壓氣機(jī)依次連接空氣回?zé)崞鳌⒖諝鉁u輪、太陽(yáng)能集熱器和空氣

技術(shù)研發(fā)人員：高煒 張一帆 張磊 吳帥帥 喬永強(qiáng) 張純

受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.09.02

技術(shù)公布日：2021/4/13