[發(fā)明專利]發(fā)電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210190458.2
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114412603A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖剛;寧澤宇;祝培旺
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01D15/10;F28D20/00
• 代理公司: 上海立群專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發(fā)明提供一種發(fā)電系統(tǒng)，包括通過管路依次連接形成介質(zhì)循環(huán)回路的加熱裝置、做功裝置、冷卻裝置及增壓裝置，介質(zhì)循環(huán)回路是以超臨界二氧化碳為循環(huán)介質(zhì)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)回路，發(fā)電系統(tǒng)還包括熱化學儲熱單元，熱化學儲熱單元與加熱裝置連接，熱化學儲熱單元儲存外部能源轉(zhuǎn)化的熱能，或通過釋放儲存的熱能提供加熱裝置加熱循環(huán)介質(zhì)所需的熱源。本發(fā)明熱化學儲熱單元可以為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)提供合適的高溫熱源，將熱化學儲熱單元和超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)進行有機結(jié)合，可以實現(xiàn)高溫儲熱換熱，有效提高系統(tǒng)整體的熱效率，解決現(xiàn)有的儲熱系統(tǒng)熱效率低、儲熱放熱溫度范圍受限等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于熱化學儲能的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

可再生能源高效利用與先進節(jié)能技術(shù)是推動“雙碳目標”實現(xiàn)的重要力量。近年來風電、光伏等可再生能源發(fā)展迅速，可再生能源裝機總量和發(fā)電量猛增。但受社會用電需求增長放緩等多方面原因，可再生能源消納能力不足，仍存在大量棄風棄光；可再生能源消納難題是能源系統(tǒng)長期發(fā)展不平衡、不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的結(jié)果。在電力調(diào)峰方面，當前火電機組仍是主要調(diào)峰電源。為了降低碳排放量，同時消納可再生能源棄電、增加能源利用率，亟需規(guī)模化儲能技術(shù)對電力系統(tǒng)中的谷電、棄電進行有效的消納。

儲熱是儲能的重要組成部分，其溫度品位多樣、規(guī)模大小靈活，安全且成本低，被廣泛應(yīng)用于太陽能光熱發(fā)電與供暖、工業(yè)及建筑節(jié)能、設(shè)備熱管理等領(lǐng)域，有助于解決由于時間、空間或強度不匹配帶來的供給側(cè)與需求側(cè)難以高效銜接的問題，有效地提高熱能的綜合利用效率，可為電網(wǎng)提供規(guī)模巨大的可調(diào)負荷，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和可再生能源消納水平，市場巨大。當前儲熱技術(shù)按照儲熱方式可以分為顯熱儲熱、潛熱儲熱以及熱化學儲熱。熱化學儲熱通過可逆的化學反應(yīng)來儲存和釋放能量。熱化學反應(yīng)儲熱的儲能密度比顯熱儲熱和相變儲熱都高，適用的溫度范圍比較寬，理論儲能周期較長，熱損較小，可以長距離運輸，理論上可以適用中高溫儲熱領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

當前水蒸氣朗肯循環(huán)廣泛應(yīng)用于化石能源、核能和太陽能熱發(fā)電等領(lǐng)域。然而水蒸氣發(fā)電具有一定局限性，受金屬材料耐溫極限制約，當主蒸氣溫度達到近700℃時，材料腐蝕嚴重。另外，蒸發(fā)器和汽輪機入口壓力為超臨界壓力，汽輪機末端和凝汽器在真空負壓狀態(tài)下運行，由于工質(zhì)密度低，質(zhì)量通流能力弱，設(shè)備龐大。而超臨界二氧化碳無毒無害、腐蝕性小、價格便宜，由于其臨界參數(shù)較低(臨界壓力7.38MPa，臨界溫度30.85℃)，容易達到超臨界狀態(tài)進行單相做功，能夠耦合700℃以上的熱端，循環(huán)熱效率明顯高于市場上商業(yè)化應(yīng)用的氦氣和水蒸氣。

目前已經(jīng)有較為成熟的谷電儲熱方案，但停留在以熔融鹽為代表的第二代顯熱儲熱技術(shù)的研究層面，通過使用谷電、棄電加熱流化儲熱罐中的熔融鹽儲存熱量，待用電高峰期進行放熱做功。由于受高溫腐蝕、熔融鹽分解的影響，熔融鹽的平均運行溫度在565℃，極大地限制了超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的整體效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫高效儲能及換熱，提高超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率，降低系統(tǒng)的運行成本。

本發(fā)明提供一種發(fā)電系統(tǒng)，包括通過管路依次連接形成介質(zhì)循環(huán)回路的加熱裝置、做功裝置、冷卻裝置及增壓裝置，介質(zhì)循環(huán)回路是以超臨界二氧化碳為循環(huán)介質(zhì)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)回路，發(fā)電系統(tǒng)還包括熱化學儲熱單元，熱化學儲熱單元與加熱裝置連接，熱化學儲熱單元儲存外部能源轉(zhuǎn)化的熱能，或通過釋放儲存的熱能提供加熱裝置加熱循環(huán)介質(zhì)所需的熱源。

根據(jù)該技術(shù)方案，熱化學儲熱單元為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)提供合適的高溫(600-850℃)熱源，具備產(chǎn)品無腐蝕性、不需要氣體存儲、成本低、技術(shù)難度小等優(yōu)點。采用超臨界二氧化碳作為循環(huán)介質(zhì)，具有循環(huán)效率高、壓縮耗功小、做功裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地小、腐蝕性小等諸多優(yōu)勢，將熱化學儲熱單元和超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)進行有機結(jié)合，可以實現(xiàn)高溫儲熱換熱，有效提高系統(tǒng)整體的熱效率，解決現(xiàn)有的儲熱系統(tǒng)熱效率低、儲熱放熱溫度范圍受限等問題。