[發明專利]耦合太陽能氫能有機朗肯循環的靈活高效發電系統及方法

有效

• 申請號: 202010761398.6
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN112145247B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 王明曉;周宇昊;張海珍;林達;羅成鑫;柯冬冬;李煥龍
• 申請（專利權）人: 華電電力科學研究院有限公司
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01K13/00;F01K7/00;F01K17/02;F01K21/00;F02G1/043;F03G6/06
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 張狄峰

本發明公開了一種耦合太陽能氫能有機朗肯循環的靈活高效發電系統及方法，屬于多能互補發電技術領域，包括碟式太陽能斯特林發電系統、燃料電池發電系統和余熱利用有機朗肯發電系統；碟式太陽能斯特林發電系統包括碟式聚光系統和斯特林發電機，燃料電池發電系統包括電解水制氫槽、儲氫設備和燃料電池，余熱利用有機朗肯發電系統包括有機朗肯循環煙氣熱源換熱器、有機朗肯循環膨脹機、發電機、有機朗肯循環回熱器、有機朗肯循環冷凝器、儲液罐、工質泵和冷卻塔。本發明采用三種不同的工作模式，能最大幅度地發揮太陽能發電能力，且保證系統供電的穩定性和持續性，具有巨大的經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種太陽能、氫能、余熱利用有機朗肯循環耦合發電系統，屬于多能互補發電技術領域。

背景技術

目前隨著能源與環境的矛盾不斷深化，太陽能作為一種清潔可再生能源在世界各國得到了普遍的重視。但由于太陽能光照資源的隨機性和波動性，導致太陽能大規模并網發電會加劇大電網的波動，導致電網調峰的需求增大；同時，光照資源集中在白天，太陽能大規模并網發電量超過用電負荷，但在用電負荷需求較大的晚上，太陽能大規模并網發電又不能滿足用電負荷。以上列舉的問題導致了大規模棄光問題，造成很大的能源浪費。

氫燃料電池具有清潔環保，容易持續通氫氣和氧氣，產生持續電流能量，排放廢棄物少，噪音低等優點，氫燃料電池近年來受到人們的廣泛關注。由于燃料電池是通過電化學反應把燃料的化學能中的吉布斯自由能部分轉換成電能，不受卡諾循環效應的限制，因此發電效率比常規的原動機高，理論發電效率可達到85%～90%，目前燃料電池實際發電效率約為40%～60%，若實現熱電聯供，燃料的總利用率可高達80%以上。如何利用好燃料電池排出的100-150℃煙氣的低品位熱源，是提升燃料總利用率的關鍵。

有機朗肯循環的工作原理與傳統的蒸汽朗肯循環相同，只是它使用有機工質代替蒸汽。有機朗肯循環系統能高效地回收太陽熱能，低溫地熱能，生物質熱能以及工業廢熱等低品位熱能進行發電。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有太陽能發電存在的缺陷，而提供一種耦合太陽能、氫能、余熱利用有機朗肯循環的靈活發電系統，能夠最大限度地利用太陽能，實現了能源的梯級利用，大大增加整個系統的經濟收益及效率。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種耦合太陽能氫能有機朗肯循環的靈活高效發電系統，其特征在于，包括碟式太陽能斯特林發電系統、燃料電池發電系統和余熱利用有機朗肯發電系統；所述碟式太陽能斯特林發電系統包括碟式聚光系統和斯特林發電機，所述燃料電池發電系統包括電解水制氫槽、儲氫設備和燃料電池，所述余熱利用有機朗肯發電系統包括有機朗肯循環煙氣熱源換熱器、有機朗肯循環膨脹機、發電機、有機朗肯循環回熱器、有機朗肯循環冷凝器、儲液罐、工質泵和冷卻塔；

所述碟式聚光系統與斯特林發電機連接，碟式聚光系統將太陽能聚集到斯特林發電機上，推動斯特林發電機運轉發電；所述斯特林發電機與用戶端和電解水制氫槽連接，斯特林發電機為用戶端和電解水制氫槽提供電力；

所述電解水制氫槽、儲氫設備、燃料電池依次連接，電解水制氫槽電解水獲得的氫氣由儲氫設備進行暫時存儲，儲氫設備輸入氫氣至燃料電池進行化學反應發電；所述燃料電池與用戶端連接，燃料電池進行化學反應發電輸送至用戶端；同時，燃料電池的高溫煙氣出口與有機朗肯循環煙氣熱源換熱器連接，燃料電池的高溫煙氣與流經有機朗肯循環煙氣熱源換熱器的有機工質進行換熱，排出低溫煙氣；