[發(fā)明專利]中低溫太陽能熱化學互補發(fā)電的變輻照調(diào)控系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310656107.7
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103641068A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 洪慧;金紅光;劉秀峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34;C01B31/20;F02B43/10;F02B63/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能與化石能源互補發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中低溫太陽能熱化學互補發(fā)電的變輻照調(diào)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

太陽能資源豐富，地球截取的太陽能輻射率是全世界用能速率的10000倍。不過由于太陽能固有的間歇性和不穩(wěn)定性等特點，使得太陽能的利用存在著一些困難。近年來，太陽能熱化學利用方式受到學者的廣泛關(guān)注。太陽能熱化學指利用聚光太陽熱能驅(qū)動吸熱反應，將太陽熱能轉(zhuǎn)化為太陽能燃料的化學能儲存起來。太陽能熱化學有效克服了太陽能不連續(xù)和能量密度低的缺點。

目前對太陽能熱化學的研究集中在高溫熱化學領(lǐng)域，主要針對設計太陽輻照強度下裝置或系統(tǒng)的性能進行研究。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索，申請?zhí)枮?00320127837.X的實用新型專利介紹了一種太陽能熱化學分解水制氫的裝置。該裝置利用太陽能驅(qū)動ZnO分解，能夠提高太陽能利用效率1～5％。申請?zhí)枮?01310022593.7的發(fā)明專利介紹了一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器，該反應器耦合了導熱換熱，對流換熱，輻射換熱以及化學反應動力學，為太陽能熱化學反應過程提供了高溫反應裝置。申請?zhí)枮?01210256968.1的發(fā)明專利介紹了一種太陽能高溫熱化學耦合相變反應器。該反應器能降低反應腔的溫度梯度，其熱化學轉(zhuǎn)化效率能比傳統(tǒng)太陽能熱化學反應器高8％～21％。以上專利大多關(guān)注設計太陽輻照強度下反應器的性能及設計，并沒有涉及變輻照時如何提高太陽能熱化學反應器的性能。

本申請的研究團隊之前提出了“太陽能中低溫熱驅(qū)動的熱化學反應制氫系統(tǒng)及方法”發(fā)明專利，公開了一種太陽能中低溫熱驅(qū)動的熱化學反應制氫系統(tǒng)，利用單軸跟蹤的拋物槽式太陽能集熱器和管式太陽能吸收反應器，聚集150℃到300℃溫度范圍的熱量，驅(qū)動甲醇重整反應制取氫氣。該系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的溫度與重整制氫反應所需要的溫度匹配，實現(xiàn)了中低溫太陽熱能的合理利用。同時將太陽能吸收器和反應器設備一體化，簡化了系統(tǒng)流程，減小了散熱損失。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，當太陽輻照強度變化時，該申請所提系統(tǒng)存在著燃料轉(zhuǎn)化率低，全年熱力性能差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種中低溫太陽能熱化學互補發(fā)電的變輻照調(diào)控系統(tǒng)及方法，以解決目前中低溫太陽能與甲醇熱化學互補發(fā)電系統(tǒng)在變輻照、變工況時系統(tǒng)熱力性能差，年均凈發(fā)電效率低的問題。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種中低溫太陽能熱化學互補發(fā)電的變輻照調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甲醇罐1、儲水罐2、第一控制閥門3、第二控制閥門4、第三控制閥門5、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11、一體化太陽能吸收反應器12、第三溫度傳感器13、氣液分離器14、內(nèi)燃機15、液體回收器16、第四控制閥門17和第五控制閥門18，其中：甲醇罐1、第三控制閥門5、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11和一體化太陽能吸收反應器12依次連接，儲水罐2、第一控制閥門3、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11、一體化太陽能吸收反應器12依次連接，一體化太陽能吸收反應器12再依次通過預熱器8和第三溫度傳感器13連接于氣液分離器14，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第四控制閥門17連接于液壓泵7，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第五控制閥門18連接于混合器6，甲醇罐1與混合器6之間通過第二控制閥門4連接，氣液分離器14還連接于內(nèi)燃機15。

上述方案中，當直射太陽輻照強度(DNI)高于預設輻照值時，該系統(tǒng)采用驅(qū)動甲醇裂解反應的流程，此時開啟第三控制閥門5與第四控制閥門17，第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18均保持關(guān)閉；25℃的液態(tài)甲醇從甲醇罐1中進入液壓泵7，在預熱器8中吸收反應產(chǎn)物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使一體化吸收反應器12的進口溫度維持在150℃；甲醇蒸汽在一體化太陽能吸收反應器12中吸收太陽熱能的同時發(fā)生甲醇裂解反應，產(chǎn)生H₂和CO的合成氣燃料；一體化太陽能吸收反應器12的出口溫度在150℃～300℃之間；反應產(chǎn)物經(jīng)過預熱器8后冷凝至26℃，進入氣液分離器14分離；未反應的液態(tài)甲醇進入液體回收器16，通過第四控制閥門17進入液壓泵7準備循環(huán)利用；合成氣燃料進入內(nèi)燃機15燃燒發(fā)電。