[發(fā)明專利]太陽能超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電耦合水蒸汽電解制氫系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710390472.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN107100808B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志強(qiáng);何宏舟;張亮
• 申請（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): F03G6/06
• 分類號(hào): F03G6/06;F01K25/08;F01K7/32;F01D15/10;F01D15/08;C25B1/04;F24S20/60
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 朱凌

本發(fā)明公開了一種太陽能超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電耦合水蒸汽電解制氫系統(tǒng)，它包括壓縮機(jī)、回?zé)崞鳌㈩A(yù)熱器、高聚光太陽能接收器、水蒸汽過熱器、高壓二氧化碳?xì)廨啓C(jī)、再熱器、低壓二氧化碳?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、冷卻器、水蒸汽發(fā)生器、固體氧化物電解槽。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用超臨界二氧化碳循環(huán)，為水蒸汽電解制氫提供了高溫?zé)嵩春土畠r(jià)電力。水蒸汽電解制氫的余熱通過再熱器和預(yù)熱器進(jìn)行回收利用，提高了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)熱效率，并提高了其輸出熱能的品位。另外采用分流的手段減少了進(jìn)入回?zé)崞鞯臍怏w流量，解決了回?zé)崞饕蚋叩蛪簝蓚?cè)流體的比熱容不同而出現(xiàn)換熱夾點(diǎn)的難題。本發(fā)明具有循環(huán)熱效率高、能量利用率高、制氫成本低、發(fā)電成本低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電技術(shù)和水電解制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽能超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電耦合水蒸汽電解制氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，在世界范圍內(nèi)面臨能源緊張和環(huán)境污染的情況下，太陽能已成為今后能源開發(fā)的主體，太陽能發(fā)電也將成為未來提供大規(guī)模電力的主力軍。太陽能發(fā)電分為太陽能熱發(fā)電和光伏發(fā)電，按規(guī)?；攸c(diǎn)太陽能熱發(fā)電未來發(fā)展的潛力要大于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。目前商業(yè)化太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要采用的是傳統(tǒng)的水蒸汽朗肯循環(huán)，熱效率在35%～40%之間，而且需要大量的冷卻水，在太陽能充足的干旱地區(qū)使用受到很大限制。超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的熱效率與水蒸汽朗肯循環(huán)相比較有明顯提高，可達(dá)到50%以上，而且用水量很少，其有望成為未來太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)最有潛力的形式。據(jù)研究表明高溫下CO₂與不銹鋼材料存在化學(xué)不相容的問題，其循環(huán)最高溫度取為650℃左右，因此超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的最高溫度為450℃～650℃時(shí)具有較高的循環(huán)熱效率，而采用高倍聚光（如塔式和蝶式）的太陽能接收器出口的氣體介質(zhì)溫度可高達(dá)800℃～1000℃，與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的理想最高溫度并不完全匹配，造成高溫?zé)崮苣芰科肺簧系馁H值利用，因此仍需尋找一種更有效利用高溫?zé)崮芡瑫r(shí)滿足最優(yōu)循環(huán)熱效率的途徑。

另一方面，氫能資源豐富、發(fā)熱值高、清潔無污染，是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ娜剂虾湍芰枯d體，同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中也有非常廣泛的應(yīng)用。目前成熟的制氫技術(shù)主要是礦石燃料制氫和水電解制氫，礦石燃料制氫消耗一次能源、工藝復(fù)雜、污染嚴(yán)重，未能解決能源和環(huán)境問題，而水電解制氫是完全清潔的制氫方式，具有產(chǎn)品純度高和操作簡便的特點(diǎn)，同時(shí)水資源較為豐富，但是能耗高、效率低。目前各國正積極開發(fā)高效的水電解制氫方法，使得水電解技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，已發(fā)展了三類電解槽，分別為堿性電解槽，聚合物薄膜電解槽、固體氧化物電解槽。其中固體氧化物電解槽工作在高溫下，部分電能由熱能代替，因此是三種電解槽中效率最高的，具有很好的發(fā)展前景。由于固體氧化物電解槽需要外界提供溫度高達(dá)800℃～1000℃的水蒸汽，并且水蒸汽溫度越高，電解槽的效率越高，因此高溫水蒸汽電解制氫必須有合適的高溫?zé)嵩磁c之相匹配，這點(diǎn)上高溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可為其提供理想的熱源。

采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)本身具有較高的熱效率，可使成本和電價(jià)明顯降低，其除了可為高溫水蒸汽電解制氫提供合適的高溫?zé)嵩赐?，更重要的是可提供更為廉價(jià)的電力，綜合該兩點(diǎn)非常有利于大幅度降低高溫水蒸汽電解制氫的成本，這是另一研究方向太陽能光伏電解制氫方式所無法比擬的優(yōu)勢，因此將采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與高溫水蒸汽電解制氫技術(shù)相耦合的研究，有望成為未來實(shí)現(xiàn)高效制氫和廉價(jià)清潔發(fā)電聯(lián)合生產(chǎn)的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)熱效率高、能量利用率高、制氫成本低、發(fā)電成本低的太陽能超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電耦合水蒸汽電解制氫系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過下述的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的：