[實用新型]一種利用太陽能驅動二氧化碳熱分解的零排放發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN209569080U
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設計）人: 許誠;辛團團;劉鑫;李少奎
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F02C3/22
• 分類號: F02C3/22;F02C3/30;F02C6/00;C01B32/40;C01B13/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本實用新型公開了屬于太陽能熱發(fā)電領域的一種利用太陽能驅動二氧化碳熱分解的零排放發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽能高溫熱化學反應器、回熱器、儲氣室、燃燒室、透平、壓縮機、泵等部分組成。在該系統(tǒng)中，聚集的高溫太陽能為二氧化碳熱化學分解提供熱量，產生一氧化碳和氧氣經(jīng)加壓送入燃燒室燃燒直接加熱驅動二氧化碳動力循環(huán)發(fā)電；熱化學產生的多余一氧化碳和氧氣儲存在儲氣室內，以適應太陽能輻射強度的變化。該系統(tǒng)利用太陽能高溫熱化學反應進行穩(wěn)定儲能，通過二氧化碳動力循環(huán)進行高效清潔發(fā)電；二者耦合，可避免太陽能波動對發(fā)電單元的影響，實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電高效穩(wěn)定輸出。

技術領域

本實用新型屬于太陽能熱發(fā)電領域，特別涉及一種利用太陽能驅動二氧化碳熱分解的零排放發(fā)電系統(tǒng)；具體說是一種基于二氧化碳高溫熱化學的太陽能燃料集成于富氧燃燒直接加熱的二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術

太陽能是儲量最豐富的可再生能源，每小時到達地球表面的太陽能幾乎可以滿足人類目前一年內的能量需求。但是傳統(tǒng)的光熱、光伏發(fā)電受太陽能輻射強度波動性、間歇性的影響較大，為了保證電力的穩(wěn)定輸出，往往需要儲能技術。太陽能熱化學被認為是一種非常有潛力的將熱能轉化成化學能的儲能方式，其中基于金屬氧化物的太陽能熱化學循環(huán)分解二氧化碳獲得一氧化碳得到了越來越廣泛的研究。該循環(huán)利用金屬氧化物的氧化-還原反應，通過高價態(tài)金屬氧化物與其低價態(tài)金屬氧化物或者金屬態(tài)之間互相轉化實現(xiàn)對二氧化碳的分解，以基于氧化鈰的二氧化碳兩步分解為例，反應方程如下：

第一步：

第二步：CeO_2-δ+δCO₂→CeO₂+δCO

凈反應：

由此可見，該過程可將CO₂分解成CO和O₂，并且由于分為兩部反應，兩種反應產物可以在不同出口收集，無需增加分離設備。

富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動力循環(huán)被認為是一種非常有潛力的碳基燃料高效零排放發(fā)電的技術手段。在該動力循環(huán)中，含碳燃料與氧氣燃燒，直接加熱高壓超臨界二氧化碳，產生的高溫高壓煙氣進入透平做功發(fā)電。由于該循環(huán)的運行工質和燃燒產物均為二氧化碳，可方便的從透平排氣中分離出燃燒產生的二氧化碳，無需復雜的捕碳設備；同時利用超臨界二氧化碳在臨界點附近壓縮耗功小以及采用回熱手段，可實現(xiàn)高效發(fā)電。但是常規(guī)的富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動力循環(huán)以常規(guī)的化石能源為燃料，燃燒所需的氧氣往往來自耗電量巨大的空分單元，并且燃燒產物中含有硫化物、氮氧化物以及水分等雜質，需要復雜的凈化分離裝置。如果基于金屬氧化物的太陽能熱化學循環(huán)分解二氧化碳獲得的一氧化碳和氧氣應用于富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動力循環(huán)，可以避免化石能源的消耗，并且省去空分、凈化分離裝置等設備。

有鑒于此，提出了一種利用太陽能驅動二氧化碳熱分解的零排放發(fā)電系統(tǒng)，將基于二氧化碳的太陽能熱化學循環(huán)與富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動力循環(huán)合理耦合，可以克服太陽能波動性、間歇性對發(fā)電單元的影響，同時實現(xiàn)高效清潔發(fā)電，在太陽能熱發(fā)電領域具有良好的應用前景。

實用新型內容