[实用新型]太阳能燃气互补联合风电制备合成气循环热发电装置

说明书

本实用新型太阳能燃气互补联合风电制备合成气循环热发电装置充分利用太阳能燃气互补超临界二氧化碳热发电排出的水和二氧化碳气进行合成气制备，同时利用无法进入电网的风电或光伏电力对系统产生的水进行电解制氢，其中氢气与系统排出的二氧化碳气重整制备合成气，而氧气用于超临界二氧化碳热发电机组中对天然气或合成气助燃，既保证超临界二氧化碳热发电系统高效运行，也可减少对化石能源天然气的使用。本装置在提高太阳能热发电生存和环境适应能力的基础上，努力使太阳能热发电成为我国可靠的电网基荷电源。该发明属太阳能热发电和高温热化学跨学科技术领域。

技术领域

本实用新型太阳能燃气互补联合风电制备合成气循环热发电装置充分利用太阳能燃气互补超临界二氧化碳热发电排出的水和二氧化碳气进行合成气制备，同时利用无法进入电网的风电或光伏电力对系统产生的水进行电解制氢，其中氢气与系统排出的二氧化碳气重整制备合成气，而氧气用于超临界二氧化碳热发电机组中对天然气或合成气助燃，既保证超临界二氧化碳热发电系统高效运行，也可减少对化石能源天然气的使用。本装置在提高太阳能热发电生存和环境适应能力的基础上，力争使太阳能热发电成为可靠的电网基荷电源。该实用新型属太阳能热发电和高温热化学跨学科技术领域。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿热发电是当代能源领域待突破的前沿技术，该技术一旦大规模应用有可能改变整个世界的能源利用方式，特别是采用半闭式超临界二氧化碳布雷顿热发电技术在应用化石能源如天然气、煤制气或生物质气如填埋气、沼气等也可以全部回收二氧化碳气体，进而实现人们梦想的零排放热发电。客观说该技术对减少大气二氧化碳排放和改变温室效应具有重大意义。例如美国和欧盟正在推进的太阳能超临界二氧化碳布雷顿热发电技术，均列为新一代太阳能热发电路线中最核心技术，而后者则使用燃气特别是烷烃类气体如天然气、甲醇气、沼气、合成气同时联合太阳能等可再生能源一起运行，其排出物为水和二氧化碳气。美国专利4498289最早公开二氧化碳动力循环技术，其次是US5724805专利主张采用空分器获取氧气，然后使用天然气与超临界二氧化碳布雷顿热发电技术结合进一步提高发电效率。而美国专利US6622470则主张在半封闭布雷顿燃气发电系统中采用空气助燃以降低发电成本，该技术的缺点是排出物中含有氮氧化物。半闭式布雷顿循环发电相比开式燃气布雷顿发电的优势是排出物为水和二氧化碳且可以回收再利用。目前正在积极推进该项技术产业化的是2016年在美国德克萨斯拉博德市建立的以天然气为燃料的半闭式超临界二氧化碳布雷顿热发电站，其核心技术和上述美国专利5724805几乎完全相同。目前检索到该企业在我国的授权专利为201180016993.6以及数项改进专利。该专利发明人系英国科学家R.J.阿拉姆先生。美国麻省理工学院将该技术列为2017年十大发明，认为该技术将改变世界能源格局。

我国最早主张采用半闭式超临界二氧化碳布雷顿热发电技术的专利02107780.0是由中科院工程热物理所提出的，主要针对日益增长的进口液化天然气，特别是利用液化天然气的冷能进一步提高燃气发电效率并收集二氧化碳气制作干冰。该专利采用空气助燃，主要排出物为二氧化碳气、氮气和水。作者在授权发明专利《多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置》中也主张使用燃气发电作为太阳能热发电的一种互补手段，试想以空气为助燃气体，目的是克服太阳能不稳定、不连续的固有弊端，同时作为商品回收二氧化碳气实现零排放。我国学界希望太阳能热发电尽可能不用或少用化石燃料，因此如何减少使用天然气就成为光热发电领域一个重要的技术课题。

发明内容

本实用新型太阳能燃气互补联合风电制备合成气循环热发电装置所要解决的技术问题就是针对专利201310180460.2和201610856317.4在其中公开的半闭式超临界二氧化碳布雷顿热发电技术进行改进，尽可能采用弃风弃电进行电解制氢，利用半闭式超临界二氧化碳布雷顿热发电系统排出的二氧化碳与电解制取的氢气进行甲烷化制备合成气，而电解产生的氧气做燃气助燃剂，该技术实际是将被弃风电和光伏电力通过甲烷化制备合成气的方式加以存储，即减少对天然气的使用，又可提高可再生能源利用率，最终实现零排放高效发电。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：