[實用新型]太陽能燃氣互補聯合風電制備合成氣循環熱發電裝置

有效

• 申請號: 201820883417.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN208456678U
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 張建城
• 申請（專利權）人: 張建城
• 主分類號: F01K7/32
• 分類號: F01K7/32;F03D9/19;F03G6/06;F23D14/02;F24S60/00;C07C9/04;C07C1/04;C25B1/04
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本實用新型太陽能燃氣互補聯合風電制備合成氣循環熱發電裝置充分利用太陽能燃氣互補超臨界二氧化碳熱發電排出的水和二氧化碳氣進行合成氣制備，同時利用無法進入電網的風電或光伏電力對系統產生的水進行電解制氫，其中氫氣與系統排出的二氧化碳氣重整制備合成氣，而氧氣用于超臨界二氧化碳熱發電機組中對天然氣或合成氣助燃，既保證超臨界二氧化碳熱發電系統高效運行，也可減少對化石能源天然氣的使用。本裝置在提高太陽能熱發電生存和環境適應能力的基礎上，努力使太陽能熱發電成為我國可靠的電網基荷電源。該發明屬太陽能熱發電和高溫熱化學跨學科技術領域。

技術領域

本實用新型太陽能燃氣互補聯合風電制備合成氣循環熱發電裝置充分利用太陽能燃氣互補超臨界二氧化碳熱發電排出的水和二氧化碳氣進行合成氣制備，同時利用無法進入電網的風電或光伏電力對系統產生的水進行電解制氫，其中氫氣與系統排出的二氧化碳氣重整制備合成氣，而氧氣用于超臨界二氧化碳熱發電機組中對天然氣或合成氣助燃，既保證超臨界二氧化碳熱發電系統高效運行，也可減少對化石能源天然氣的使用。本裝置在提高太陽能熱發電生存和環境適應能力的基礎上，力爭使太陽能熱發電成為可靠的電網基荷電源。該實用新型屬太陽能熱發電和高溫熱化學跨學科技術領域。

背景技術

超臨界二氧化碳布雷頓熱發電是當代能源領域待突破的前沿技術，該技術一旦大規模應用有可能改變整個世界的能源利用方式，特別是采用半閉式超臨界二氧化碳布雷頓熱發電技術在應用化石能源如天然氣、煤制氣或生物質氣如填埋氣、沼氣等也可以全部回收二氧化碳氣體，進而實現人們夢想的零排放熱發電。客觀說該技術對減少大氣二氧化碳排放和改變溫室效應具有重大意義。例如美國和歐盟正在推進的太陽能超臨界二氧化碳布雷頓熱發電技術，均列為新一代太陽能熱發電路線中最核心技術，而后者則使用燃氣特別是烷烴類氣體如天然氣、甲醇氣、沼氣、合成氣同時聯合太陽能等可再生能源一起運行，其排出物為水和二氧化碳氣。美國專利4498289最早公開二氧化碳動力循環技術，其次是US5724805專利主張采用空分器獲取氧氣，然后使用天然氣與超臨界二氧化碳布雷頓熱發電技術結合進一步提高發電效率。而美國專利US6622470則主張在半封閉布雷頓燃氣發電系統中采用空氣助燃以降低發電成本，該技術的缺點是排出物中含有氮氧化物。半閉式布雷頓循環發電相比開式燃氣布雷頓發電的優勢是排出物為水和二氧化碳且可以回收再利用。目前正在積極推進該項技術產業化的是2016年在美國德克薩斯拉博德市建立的以天然氣為燃料的半閉式超臨界二氧化碳布雷頓熱發電站，其核心技術和上述美國專利5724805幾乎完全相同。目前檢索到該企業在我國的授權專利為201180016993.6以及數項改進專利。該專利發明人系英國科學家R.J.阿拉姆先生。美國麻省理工學院將該技術列為2017年十大發明，認為該技術將改變世界能源格局。

我國最早主張采用半閉式超臨界二氧化碳布雷頓熱發電技術的專利02107780.0是由中科院工程熱物理所提出的，主要針對日益增長的進口液化天然氣，特別是利用液化天然氣的冷能進一步提高燃氣發電效率并收集二氧化碳氣制作干冰。該專利采用空氣助燃，主要排出物為二氧化碳氣、氮氣和水。作者在授權發明專利《多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置》中也主張使用燃氣發電作為太陽能熱發電的一種互補手段，試想以空氣為助燃氣體，目的是克服太陽能不穩定、不連續的固有弊端，同時作為商品回收二氧化碳氣實現零排放。我國學界希望太陽能熱發電盡可能不用或少用化石燃料，因此如何減少使用天然氣就成為光熱發電領域一個重要的技術課題。

發明內容

本實用新型太陽能燃氣互補聯合風電制備合成氣循環熱發電裝置所要解決的技術問題就是針對專利201310180460.2和201610856317.4在其中公開的半閉式超臨界二氧化碳布雷頓熱發電技術進行改進，盡可能采用棄風棄電進行電解制氫，利用半閉式超臨界二氧化碳布雷頓熱發電系統排出的二氧化碳與電解制取的氫氣進行甲烷化制備合成氣，而電解產生的氧氣做燃氣助燃劑，該技術實際是將被棄風電和光伏電力通過甲烷化制備合成氣的方式加以存儲，即減少對天然氣的使用，又可提高可再生能源利用率，最終實現零排放高效發電。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：