[发明专利]一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统及方法，具体涉及一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统及方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，虽然理论上可以采用较为廉价的蓄热储能来解决太阳能昼夜分布不均的问题，但面对连续阴雨天等天气以及太阳辐射季节性变化时，蓄热系统将难以满足供热要求。而化石能源正好可以补充太阳能供热不足或连续无阳光时的空白，使发电系统可以真正实现长期稳定的运转。

可作为补充太阳光照不足或连续无太阳光照的化石能源包括煤、天然气、油等多种化石能源。以这类化石能源为燃料的锅炉及发电系统已经非常成熟，例如目前常见的火电站等。这类系统可达到灵活调控以及长期平稳运行，正好可以弥补太阳能辐射热量不稳定的缺陷。

光热发电需要通过热力循环实现热电转换，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型二氧化碳超临界工质具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性，是替代现有水蒸气热力循环系统的最佳选择，也是未来热电系统发展的趋势。

然而采用蓄热等储能方式的太阳能系统无法实现季节性以及连续阴雨天等大容量热能的调节，而只能在小范围内实现昼夜能量的调节，而本系统可实现长期大热容量调节。然而以太阳能作为低温预热部分辅助热源的发电系统并未充分实现太阳能高品位能源的价值，且消耗的化石能源比例较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统及方法，该系统及方法通过太阳能与石化能源互补的方式实现发电，并且化石能源消耗比例较小。

为达到上述目的，本发明所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统包括太阳能集热器、锅炉、透平发电系统、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机及再压缩机；

太阳能集热器的出口及锅炉的出口均与透平发电系统的入口相连通，透平发电系统的出口与高温回热器的放热侧入口相连通，高温回热器的放热侧出口与低温回热器的放热侧入口相连通，低温回热器的放热侧出口与预冷器的工质侧入口及再压缩机的入口相连通，预冷器的工质侧出口与主压缩机的入口相连通，主压缩机的出口与低温回热器的吸热侧入口相连通，低温回热器的吸热侧出口及再压缩机的出口均与高温回热器的吸热侧入口相连通，高温回热器的吸热侧出口分别与锅炉的入口及太阳能集热器的入口相连通。

本发明所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电方法包括以下步骤：

当太阳能集热器能够收集热量，且太阳能集热器收集的热量能够满足透平发电系统对热量的需求时，则关闭锅炉，同时闭合锅炉的出口及入口，太阳能集热器输出的高温超临界二氧化碳工质进入到透平发电系统中，透平发电系统将所述高温超临界二氧化碳工质的热能转化为电能，使温超临界二氧化碳工质变为低压超临界二氧化碳工质，所述低压超临界二氧化碳工质依次进入到高温回热器的放热侧及低温回热器的放热侧中，从低温回热器放热侧输出的超临界二氧化碳工质分为两路，其中一路进入到预冷器中预冷，预冷后再依次在主压缩机中进行压缩、在低温回热器的吸热侧中进行吸热，另一路进入到再压缩机中进行压缩，再压缩机输出的超临界二氧化碳工质与低温回热器吸热侧输出的超临界二氧化碳工质汇流后进入到高温回热器的吸热侧进行吸热，高温回热器吸热侧输出的超临界二氧化碳工质进入到太阳能集热器中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；

当太阳能集热器不能收集热量时，则关闭太阳能集热器，闭合太阳能集热器的入口及出口，锅炉输出的高温超临界二氧化碳工质进入到透平发电系统中，透平发电系统将所述高温超临界二氧化碳工质的热能转化为电能，使温超临界二氧化碳工质变为低压超临界二氧化碳工质，所述低压超临界二氧化碳工质依次进入到高温回热器的放热侧及低温回热器的放热侧中，从低温回热器放热侧输出的超临界二氧化碳工质分为两路，其中一路进入到预冷器中预冷，预冷后再依次在主压缩机中进行压缩、在低温回热器的吸热侧中进行吸热，另一路进入到再压缩机中进行压缩，再压缩机输出的超临界二氧化碳工质与低温回热器吸热侧输出的超临界二氧化碳工质汇流后进入到高温回热器的吸热侧进行吸热，高温回热器吸热侧输出的超临界二氧化碳工质进入到锅炉中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；