[發明專利]太陽能和生物質能互補有機朗肯循環熱電聯產系統

有效

• 申請號: 201310049680.1
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103147945A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 葉學民;王佳;李春曦;童家麟
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F01K27/02;F01K17/02;F01K25/00;C10J3/54;C10J3/56
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明涉及基于有機朗肯循環的太陽能和生物質能綜合互補熱電系統，特別涉及拋物面槽式太陽能集熱器與循環流化床生物質氣化爐采用并聯的耦合方式，屬于可再生能源利用領域。

背景技術

在我國，火電機組承擔著約80%的發電量，每年消耗的煤炭占總消耗量近50%，以煤為主的能源結構使我國面臨嚴峻的資源環境問題，因此尋求新的可替代能源是現階段亟待解決的能源戰略問題。近年來，新能源因其可再生、無污染等優勢而引起了廣泛的關注，對我國調整能源結構、促進可再生能源利用以及建設低碳社會將產生重大的意義。

我國擁有十分豐富的太陽能資源，陸地表面每年大約可接受50×10¹⁸kJ的太陽能，西藏是太陽能最豐富的地區，年輻射量達9210MJ/m²，僅次于撒哈拉沙漠，居世界第二位。目前太陽能的利用主要有光伏和光熱2種方式，但高額的投資和發電成本已經嚴重阻礙了其發展，據國際能源署預測，太陽能熱發電是發電成本最有希望接近燃煤發電機組的技術，在美國已有9座太陽能熱發電系統投入運營，其總裝機容量達354MW，單系統最大裝機容量達80MW，是世界上最大的太陽能熱發電系統。研究表明，模塊化槽式有機朗肯循環系統可能是風險最小且投資回報效益最高的太陽能熱發電技術，采用拋物面槽式太陽能集熱器直接蒸汽產生系統可使工質參數達到400℃，具有良好的發展前景。

生物質能是繼煤炭、石油、天然氣之后的全球第四大能源，據統計，我國生物質資源生產潛力可達650億噸/年，折合33億噸標準煤，但目前利用程度只有2%左右，可開發潛力巨大。在生物質能發電領域中，采用有機工質的朗肯循環比采用水蒸汽為工質的郎肯循環表現出更高的性能，同時由于其CO₂凈排放量近似為0，具有良好的環保效益，對我國減排CO₂具有重要意義。

目前，太陽能和生物質能綜合互補發電系統主要存在以下不足：

一、對于太陽能和生物質能互補發電系統循環工質的選擇，中國發明專利：一種太陽能和生物質能綜合互補的聯合熱發電系統，專利號為：201019026107.2，該專利采用水為朗肯循環工質，水的沸點和氣化潛熱都比有機工質高，因此對太陽能集熱器和生物質能氣化裝置的工作強度要求高，系統比較復雜。

二、太陽能和生物質能采取串聯的耦合方式而不是并聯，中國發明專利：低溫太陽能-生物質能熱電聯供系統，專利號為：201010237550.7，該專利中太陽能集熱器選取真空平板式，傳熱工質經真空平板式太陽能集熱器預熱后送入生物質氣化爐中繼續吸熱，因兩者采用串聯的集成方式，在生物質氣化爐出現故障的情況系統無法正常運行，安全性不高。

發明內容

本發明綜合利用太陽能和生物質能兩種新能源進行互補發電，可有效彌補背景技術中的缺陷，采用拋物面槽式太陽能集熱器，并且與循環流化床生物質氣化爐進行并聯的耦合方式，這種集成方式可確保在循環流化床生物質氣化爐或者拋物面槽式太陽能集熱器發生故障時系統仍可正常運行，安全性能高。另外采用有機物作為朗肯循環的工質，因其沸點低、潛熱小，從而可有效降低太陽能集熱器和循環流化床生物質氣化爐的工作強度。另外，我國擁有十分豐富的太陽能和生物質能資源，并且其CO₂凈排放量近似為0，因此本發明可作為促進新能源大規模利用以及調整能源結構的一個創新。

本發明太陽能和生物質能互補有機朗肯循環熱電聯產系統包括:有機工質蒸發器、循環泵、循環流化床生物質氣化爐、拋物面槽式太陽能集熱器、汽輪機、發電機、余熱換熱器、冷凝器，所述循環流化床生物質氣化爐與拋物面槽式太陽能集熱器采取并聯的耦合方式，該系統各部件的連接關系如下：從有機工質蒸發器中流出的低溫換熱流體經循環泵后，分為兩部分，一部分到循環流化床生物質氣化爐中吸熱，另一部分經拋物面槽式太陽能集熱器加熱，當被加熱的換熱流體達到生物質氣化爐出口的設定參數后進入有機工質蒸發器，在其中對有機工質進行放熱，被加熱的有機工質達到額定參數后到汽輪機做功，從而驅動發電機發電，汽輪機的排氣經余熱換熱器放熱，再經冷凝器冷凝后返回有機工質蒸發器，完成整個熱力循環。

進一步，所述低溫換熱流體經循環泵后，經三通分流調節閥分為兩部分。

進一步，所述拋物面槽式太陽能集熱器采用直接蒸汽產生系統。

進一步，被加熱的換熱流體達到設定參數后經三通分流調節閥混合進入有機工質蒸發器中。

進一步，所述余熱換熱器放出的熱量被循環水泵的給水吸收。