[发明专利]太阳能地热能联合循环发电系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能地热能联合循环发电系统及其使用方法。

背景技术

太阳能发电分为太阳能光电转换和聚光太阳能发电。本技术用于聚光太阳能发电和地热发电有机构成的联合循环发电系统。

太阳能光电转换发电系统造价昂贵，达到每千瓦10万元左右。聚光太阳能发电系统是将太阳能转变为热能，再将热能采用传统热电转换的方法将热能转变为电能。

聚光太阳能发电（Concentrating Solar Power）简称CSP。它是继风能、光电池之后，已经开始崭露头角，有望成为解决能源匮乏、应对气候变暖的有效技术手段。国际能源署（IEA）下属的 SolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会（ESTELA）和绿色和平组织最保守的估计认为CSP到 2030年在全球能源供应份额中将占3%～3.6%，到2050年占8%～11.8%，这意味着到2050年CSP装机容量将达到830GW，每年新增 41GW。在未来5～10年内累计年增长率将达到17%～27%。

如果单独建设聚光太阳能发电系统，不仅要建设太阳能聚光系统，而且要建设热能发电系统，并且需要将水从环境状态加热到过热蒸汽状态。不仅增加了造价，而且热效率不高。我国太阳能丰富的地区很多地方也是地热能丰富的地区。如西藏、四川、新疆等地。如果能够将太阳能与地热能有机结合，就能够将电站功率、效率大幅度提高，造价大幅度降低，使之形成高效率、低成本的新能源发电系统，为我国的新能源事业做出贡献。

地热一般分为低温地热（60～100℃）、中温地热（100～150℃）和高温地热（150℃以上）。由于地热的温度通常都小于250℃，因此它属于低品位能源。特别是在我国绝大部分都是中低温地热资源。对于低温地热一般都是未饱和水。中温地热通常都是汽水混合物，属于饱和水。由于热能发电通常都需要将饱和水转换成蒸汽。因此，对于低温地热发电必须将未饱和水加热并蒸发成蒸汽，或者采用制冷剂做工质，用热水将制冷剂蒸发和加热成蒸汽，再用制冷剂汽轮机发电。这种制冷剂汽轮机发电效率低，而且对环境造成污染，造价成本也很高，因此也很少采用。

对于中温地热，由于地热水已经处于饱和状态，可以通过降低自身的温度和压力，释放饱和水自身的物理热来提供汽化所需要的汽化潜热，从而产生蒸汽，再用蒸汽来发电。这种产生蒸汽的方法就叫做“扩容”法，或者叫做“闪蒸”法。通过扩容，或闪蒸产生蒸汽，再通过汽轮机发电机组发电就是目前世界上广泛采用的地热发电方法。但是通过扩容产生蒸汽来发电有两个主要缺陷：

1、扩容不能够完全将饱和水变成蒸汽，以200℃的饱和水为例，其饱和压力为1.5537MPa。使其扩容温度下降到180℃，它对应的饱和压力为1.0019MPa，它只能产生4.4%的蒸汽，其余的95.6%仍然是180℃的饱和水。即使通过扩容将温度下降到100℃，也只能产生19.2%的蒸汽，其余80.8%的仍然是100℃的饱和水。因此，扩容后还有大量热水排放，浪费能源以及污染环境。

2、扩容是通过降温、降压来产生蒸汽的。根据热力学第二定律，温度下降会导致地热能的发电热效率降低。比如，地热热水的温度为200℃，环境温度为25℃时，卡诺效率为37%；当扩容压力下降，温度同时降为180℃时，卡诺效率降为了34.2%。如果扩容降温降到100℃，卡诺效率降到了20.1%，比200℃时降低了45.68%。这就意味着扩容产生蒸汽是以牺牲地热资源的热效率为代价的。对于饱和水扩容产生蒸汽的比例和卡诺效率降低见表1：

表1 扩容后产生蒸汽的比例及卡诺效率表

由此可见，地热发电采用闪蒸扩容方法导致地热发电效率大大降低，同时造成环境污染。要克服这一缺陷就必须解决地热饱和水产生蒸汽的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能地热能联合循环发电系统，解决现有技术的地热发电效率降低，以及容易造成环境污染的问题。同时解决单纯的聚光太阳能发电系统的热能发电系统和低效率的问题。也就是说，对聚光太阳能发电系统只需要建设太阳能集热器，而不需要建设太阳能热力发电系统，并且发电效率大幅度提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：