[发明专利]一种以超临界二氧化碳为循环工质的光热发电系统

说明书

本发明提供一种以超临界二氧化碳为循环工质的光热发电系统，创造性地将吸热器、熔盐储罐及换热盘管集成为一体，让熔盐始终处于密闭的装置里，避免了熔盐直接和聚焦的太阳光和空气直接接触，让太阳能通过吸热器上表面的耐高温太阳能吸附涂料更加高效的吸收，可以达到比传统的二次反射太阳能聚热更高的热转化效率；同时摒弃了熔盐泵、熔盐阀以及熔盐管道等易造成熔盐冻结和熔盐输送耗能的附属部件，大大简化了整个发电系统，极大降低了整个发电系统的初投资。和传统的二次反射塔式太阳能光热发电技术相比，本技术热效率高，同时具备安全性、经济性、灵活性，还具备建设周期短、选址要求低和建设规模灵活等特点。

技术领域

本发明公开了一种以超临界二氧化碳为循环工质的光热发电系统，属于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统及太阳能二次反射塔式熔盐储能光热发电技术领域。

背景技术

现有的二次反射塔式太阳能光热发电技术都是采用传统的汽轮发电机组，储能采用双储罐熔盐储热技术路径和独立的熔盐换热器,而且，传统的二次反射太阳能吸热器里的熔盐是裸露的，是直接让聚焦的太阳光直接照射，一方面，容易使熔盐温度局部过高而发生分解，另一方面，裸露的熔盐吸热器里容易让砂石等杂质落入其中，同时，熔盐裸露的状态下，熔盐散热更快。

我们了解二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。二氧化碳的临界条件容易达到，化学性质不活泼，无色无味无毒，安全，价格便宜，纯度高，易获得。这些特性，使得它很适合用于作为热力循环工质。

2019年初，美国西南研究院联合GE研发的10MW超临界二氧化碳涡轮机顺利通过测试；经过测试证明，S-CO2作为工质的发电系统在600到700℃的温度范围内运行都可以有良好表现，可以在500℃以上、20MPa的大气压下实现高效率的热能利用，热效率可以达到45%以上，甚至超越50%的热效率。可以预见，在国内科研单位的努力下，我国研制出具有自主知识产权的超临界二氧化碳布雷顿循环系统将指日可待。

鉴于超临界二氧化碳涡轮机的优异热效率性能，必将成为第四代二次反射塔式太阳能光热发电技术的核心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以超临界CO2为循环工质的二次反射塔式太阳能光热发电系统，创造性地将吸热器、熔盐储罐及换热盘管集成为一体，让熔盐始终处于密闭的该集成化装置里，避免了熔盐直接和聚焦的太阳光和空气直接接触，让太阳能通过吸热器上表面的耐高温太阳能吸附涂料更加高效的吸收，可以达到比传统的二次反射太阳能聚热更高的热转化效率；同时摒弃了熔盐泵、熔盐阀以及熔盐管道等易造成熔盐冻结和熔盐输送耗能的附属部件，大大简化了整个发电系统，极大降低了整个发电系统的初投资。和传统的二次反射塔式太阳能光热发电技术相比，本技术热效率高，是实现太阳能光热发电电价平价上网的主要技术路径，同时具备安全性、经济性、灵活性，还具备建设周期短、选址要求低和建设规模灵活等特点，为太阳能光热发电开启了下一代全新的技术应用。