[發明專利]CO2近零排放中低溫太陽熱能化石能源互補系統及流程

無效

• 申請號: 201210007675.X
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102606310A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張娜;諾姆.里奧;羅塵丁
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F02C6/18
• 分類號: F02C6/18;F02C3/34;F02C3/28;F02C7/224;F01K23/10;F01K17/02;F03G6/06;F25J1/00;F25J3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種CO₂近零排放中低溫太陽熱能和化石能源綜合互補的熱力循環系統(ZE-SOLRGT)及其流程。?

背景技術

目前與本發明相關的技術主要包括中低溫太陽能利用技術和中低溫太陽能與化石能源相結合的多能源互補系統發電技術，其各自技術的發展狀況和系統特征如下：?

1、中低溫太陽能利用技術?

鑒于化石能源資源的有限性及其利用過程中產生污染的嚴重性，開拓新型潔凈能源資源(特別是非碳能源)轉換利用成為可持續發展的一個重要方面。近年來，太陽能以其獨具的儲量無限性、存在的普遍性、開發利用的清潔性以及逐步提升的經濟性等優勢獲得廣泛關注，成為解決能源短缺、環境污染和溫室效應的有效途徑之一。?

當前，太陽能利用技術的主要發展方向是太陽能光電轉化和光熱轉化，其中光熱轉化的太陽能熱動力發電又是未來二三十年最具吸引力的太陽能技術。但是諸如儲能難和能量轉化效率低等造成的太陽能發電技術成本居高不下，一直是困擾太陽能熱動力發電系統大規模發展和工程應用的重大瓶頸。究其原因，一方面是太陽能能量密度低、時空分布不連續；另一方面且更為重要的是太陽能集熱效率與熱力循環熱功轉換效率一直存在難以調和的矛盾。目前太陽能熱發電技術以及新興的熱化學能量轉換技術(如天然氣重整的熱化學能量轉化系統等)研究多集中在900～1200℃的高溫太陽熱能的轉化和利用，且多為高溫集熱和熱化學轉換等部件性能的提高和相關新材料的研發。1000℃以上的高溫集熱無不以設備復雜、投資成本高和光熱轉換效率低為代價。相對而言，當前150～350℃的中低溫太陽能熱利用技術以其良好的集熱性能和經濟簡單的集熱裝置獲得大?規模商業化。這個溫度范圍的集熱器大多采用低聚光比的簡單聚光裝置，集熱性能良好，集熱效率一般能達到60％以上，且有效避免了高溫太陽能能量轉化系統的高成本代價。然而，由工程熱力學原理可知工質的溫度越低，實現熱轉功越困難，目前中低溫熱量的利用尚缺乏行之有效的技術。?

2、中低溫太陽能與化石能源相結合的多能源互補系統發電技術?

與太陽能不同，常規能源利用系統經過百余年的發展，技術和工藝已日臻完善，如先進的燃氣輪機工質溫度已達1400℃以上。設想太陽能等可再生能源如果得以在常規能源系統中實現能量轉換和釋放，不但可以替代部分化石能源消耗，減少相應的污染物排放，更將極大地提高可再生能源能量釋放品位和熱轉功效率，同時緩解其不穩定、不連續的供給難題。中低溫太陽能和化石燃料的互補梯級利用有望為同時解決太陽能能量轉化效率低和實現化石燃料的清潔利用提供一條全新的途徑。?

多能源互補系統中，中低溫太陽能可以和熱力系統中某些物理吸熱過程相集成(熱集成)，如蒸發過程、回熱過程；也可以和某些吸熱化學反應相集成(熱化學集成)，如熱解反應和重整反應等。前者如N.Lior和K.Koai提出的蒸汽朗肯循環互補系統，低溫段工質水吸收約100℃太陽能熱量蒸發，高溫段化石燃料燃燒提供熱量使蒸汽過熱，形成不同熱源在不同溫度段的匹配利用，太陽能熱輸入份額高達80％，系統熱效率可達18％。后者如H.Hong和H.Jin提出的一種中低溫太陽能與化石燃料熱化學互補的聯合循環系統，利用甲醇燃料在中低溫條件下的熱解特性，以200～300℃的太陽能驅動甲醇熱解吸熱反應，生成以H₂和CO為主要成分的合成氣，從而使低品位太陽能轉化為高品位合成氣化學能；合成氣驅動燃氣/蒸汽聯合循環做功，實現了中低溫太陽能品位的提升和其在動力系統中的高效轉化。其案例分析中，太陽能熱輸入比例為18％，太陽能發電凈效率和系統煳效率分別達到35％和60.7％，但該計算忽略了透平葉片冷卻影響。?

有報道(作者：張娜)在間冷化學回熱循環的基礎上，提出了一種中低溫太陽熱能品位間接提升的方法及據此提出的太陽能和化石能源綜合互補的化學回熱循環系統(SOLRGT)(如圖1所示)。由于中低溫太陽熱能與甲烷重整反應所需溫度不相匹配(反應在鎳基催化劑下一般需要?900～1000℃以上的高溫)，SOLRGT先用中低溫太陽能加熱水使其蒸發，再由蒸汽參與甲烷重整反應，使得太陽能品位間接提升至合成氣化學能，并最終借助先進燃機循環實現高效熱功轉換。相對常規間冷化學回熱循環，SOLRGT實現了中低溫太陽能與化石燃料的梯級互補利用，化石能源節約率可達20～30％。系統中太陽能的引入替代了部分化石燃料，實現相應的污染物減排。?

發明內容

本發明的目在于提供一種CO₂近零排放中低溫太陽熱能化石能源互補系統及流程。?