[發明專利]混合物工質超臨界布雷頓循環光熱發電系統及發電方法

在審

• 申請號: 202010729310.2
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111749862A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 白文剛;張旭偉;喬永強;顧正萌;張純;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F01K25/06;F01K25/08;F24S23/77;F24S60/00;F24S10/30
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種混合物工質超臨界布雷頓循環光熱發電系統及發電方法，該系統包括光熱熱源輸入子系統和超臨界CO₂和SF₆混合物工質動力循環發電子系統；本發明以超臨界CO₂和SF₆混合物為工質，當光熱發電系統中主壓縮機進口工質溫度偏離超臨界CO₂臨界溫度較大時，能夠顯著提高光熱發電系統的發電效率。此外，在循環系統的運行過程中，通過分流控制閥調節進入顆粒?sCO₂換熱器中的工質流量，可以有效地解決系統中顆粒?sCO₂換熱器對透平進口工質溫度的控制問題，顯著提高整個光熱發電系統的運行高效性和調峰靈活性。

技術領域

本發明屬于先進高效光熱發電技術領域，具體涉及一種以CO₂和SF₆混合物為工質的超臨界布雷頓循環光熱發電系統及發電方法。

背景技術

積極發展太陽能熱發電技術不僅可以減少對煤炭等化石能源的依賴，還可以充分發揮其低成本高效儲熱和出力可調可控等優勢，實現網源友好發展，大幅提高電網消納可再生能源的能力。因此，作為一種靈活的調峰電源，光熱發電被認為是最具有可能替代傳統火力發電的清潔能源，已成為可再生能源發展的重要方向。

如何提高光熱發電動力循環系統的效率是進一步降低光熱發電成本的關鍵。目前，主要包括兩種技術路線：一是開發更高溫度等級的集熱技術，進一步提高動力循環系統中的最高溫度，使動力循環系統的熱效率提高，如目前比較熱門的基于固體顆粒集熱的光熱發電技術；另一種則是開發更為先進高效的動力循環系統，取代目前應用較多的蒸汽朗肯循環系統，如國際上正被廣泛研究的超臨界CO₂布雷頓循環系統。不難想象，基于顆粒集熱的光熱超臨界CO₂布雷頓循環發電系統必然會成為未來光熱發電技術的一個重要發展方向，目前已成為國內外該領域的研究熱點。

眾所周知，對于超臨界CO₂循環發電系統來講，其循環的高效率優勢主要得益于壓縮機在CO₂臨界點附近壓縮時會顯著降低壓縮耗功，從而使系統循環熱效率顯著提高。當壓縮機進口溫度偏離臨界點溫度時，超臨界CO₂循環發電系統的效率會急劇降低，其所擁有的高效率優勢將不復存在。例如，對于某分流再壓縮超臨界CO₂循環系統，當主壓縮機進口溫度從32℃變為45℃時，循環系統的熱效率降低非常顯著，從50.07％降低到44.25％。然而，通常光熱資源豐富的地區往往位于沙漠等干旱嚴重缺水地區。對于這些地區來講，當開發建設光熱超臨界CO₂循環發電系統時，采用空氣干冷是唯一的選擇。然而，由于這些地區的環境平均氣溫較高，夏季時可達35-45℃，如何解決超臨界CO₂循環系統的高效率與壓縮機進口溫度難以冷卻到CO₂的臨界溫度之間的矛盾是目前面臨的主要技術難點。

此外，顆粒-sCO₂換熱器作為基于顆粒集熱的光熱發電系統中連接太陽熱輸入和動力循環之間的重要關鍵設備，其運行過程中如何保證換熱器顆粒出口溫度和透平進口工質溫度達到設定值并穩定運行是直接影響整個光熱sCO₂循環發電系統運行高效性和調峰靈活性的主要因素。截至目前，針對如何解決顆粒-sCO₂換熱器的控制問題以確保換熱器顆粒出口溫度和透平進口工質溫度達到設定值并穩定運行尚未見公開報道。

發明內容