[實用新型]一種適用于鄉村的二氧化碳循環發電的裝備系統

有效

• 申請號: 201720404978.3
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN206917689U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 尹小林
• 申請（專利權）人: 長沙紫宸科技開發有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01K11/00;F01K13/02;F03G6/06
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙)43205
• 代理人: 黃純能,寧星耀

技術領域

本實用新型涉及低碳與能源技術領域，尤其涉及一種以二氧化碳為工質，利用太陽能和/或生物質為能源的適應于鄉村的二氧化碳循環發電的裝備系統。

背景技術

氣候變化已成為影響人類生存和發展的問題之一，而大量的二氧化碳排放被認為是導致氣候變暖的主要原因，我國作為世界上最大的發展中國家，以煤炭為主的一次能源和以火力發電為主的二次能源結構，隨著經濟總量的迅速增長，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增長快、總量大的特點，為應對氣候變化發展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成為人們的共識，生物質發電、太陽能發電及超臨界二氧化碳發電等已受到廣泛關注。

今天，生物質發電技術已成熟應用，但由于現有的生物質發電系統龐大、投資也很高，不適宜于地域廣大而分散的鄉村，加之運輸成本問題不宜遠距離運輸，導致大量的生物質如秸稈、稻草等被遺棄或就地焚燒，嚴重污染環境，也影響空中飛行安全，雖然各級政府年年依法嚴查督辦，但在電費仍昂貴乃至缺電的鄉村，大量的生物質被就地焚燒大區域污染空氣影響航空安全的事件仍屢禁不止。究其原因是缺少一種適應于廣大鄉村的生物質發電方法。而另一方面，投資僅數千元至數十萬元不等的各類中小型燃煤沸騰爐、爐排爐、層燃爐及以高硫石煤為燃料的改進型沸騰爐在廣大鄉村乃至鄉鎮縣城上得以普遍采用。

而隨CCS技術應用發展起來的超臨界二氧化碳發電系統較傳統的熱能發電系統的系統熱效率、總重及占地面積、污染物排放等方面表現出顯著的優勢，但在應用上尚存在諸多的瓶頸，其一，現有的超臨界二氧化碳發電系統其高效換熱器是超臨界發電系統工程應用的基礎，客觀上要求用高效換熱器等壓加熱二氧化碳工質，因此，現行超臨界二氧化碳試驗環路的熱交換大多使用印制電路板熱交換器（PCHE），它適用于高工作溫度和高工作壓力，并具有良好的擴展能力，能滿足用換熱器等壓加熱二氧化碳工質的要求，但機構復雜，投資大；其二，現行的超臨界二氧化碳發電系統包括熱源、高速渦輪機、高速發電機、高速壓氣機、冷卻器等，其循環過程為超臨界二氧化碳經壓縮機升壓——用換熱器等壓加熱二氧化碳工質——工質進入渦輪機推動渦輪做功帶動電機發電——工質進入冷卻器——再進入壓縮機形成閉式循環，系統投資大；其三，現行的超臨界二氧化碳布雷頓循環要求壓縮機參數處于近臨界點，降低換熱端差，其壓縮機壓縮過程中壓縮功仍占渦輪輸出功的30%以上，實際運用的壓縮過程中壓縮功仍占到渦輪輸出功的40% 到50%，即系統的壓縮機自耗能仍偏高；再者，其系統循環的高效率需建立在冷卻器出口即壓氣機吸入口（循環起點）的二氧化碳仍處于32℃、7.4MPa超臨界狀態的臨界點上，超臨界二氧化碳發電系統運行狀態控制難度大，仍需要開展控制研究。顯然，現有的超臨界CO₂循環發電技術方案并不適合我國鄉村。

在利用太陽能發電方面，以水為工質的太陽能發電系統已成熟應用，以CO₂為工質的太陽能發電系統國內外的技術工作者亦進行了大量的研究，采用的較為成熟的太陽能集熱系統方案為槽式太陽能集熱器、塔式太陽能集熱器、碟式太陽能集熱器之一或其組合，但上述方案存在三個基本問題難以解決，其一，占用場地大，投資大，且太陽能集熱系統的建設對場址的選擇要求高，一般的鄉村場址不能滿足建設太陽能集熱系統的要求，而且，現有的太陽能集熱系統的大空間場對生態影響大；其二，只能白天發電，晚上即停，為此，有研究者提供了白天以熔鹽等材料蓄熱留給晚上發電的技術方案，但以大量的熔鹽等材料蓄集熱能方案先不論投資大小及可行性，對于鄉村的環境和人員素質來說必然存在安全隱患和環境污染隱患；其三是隨白天的日照強度及太陽光移動供給超臨界二氧化碳發電系統的渦輪機的超臨界二氧化碳的溫度和壓力變化，導致輸出電能及電壓、電流波動大，過大過頻的輸出電能及電壓、電流的波動將極不利于生活用電和生產用電。現有的各類利用太陽能發電方法與廣闊的鄉村狀況大多極不匹配。

鑒于此，迫切需要開發一種適應于鄉村狀況的、利于廣闊鄉村節能減排的超臨界CO2發電的方法。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種可就近利用鄉村中量大的可再生生物質資源和太陽能為能源、且運行穩定、自耗能低、投資低、運行成本低的適應于鄉村的二氧化碳循環發電的裝備系統。