专利汇可以提供集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种集成 燃料 电池 与超临界二 氧 化 碳 太阳能 热发电的供能系统及方法,包括 固体氧化物 燃料电池 子系统、超临界CO2循环子系统和聚光式太阳能集热子系统;所述集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统利用固体氧化物燃料电池子系统排放的尾气作为超临界CO2循环子系统的高温热源和辅助低温热源,以聚光式太阳能集热子系统产生的热量作为超临界CO2循环子系统的低温热源。该系统在保证超临界CO2太阳能热发电系统稳定持续工作的 基础 上,最大化利用中低温太阳能,并且对固体氧化物燃料电池的尾气余热进行高效 梯级 利用,进一步提高 能源 的综合利用率,在额定工况下,净发电效率可达75.06%,系统能源综合利用率可达97.85%。,下面是集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统及方法专利的具体信息内容。
1.集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:包括固体氧化物燃料电池子系统、超临界CO2循环子系统和聚光式太阳能集热子系统;所述集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统利用固体氧化物燃料电池子系统排放的尾气作为超临界CO2循环子系统的高温热源和辅助低温热源,以聚光式太阳能集热子系统产生的热量作为超临界CO2循环子系统的低温热源;
固体氧化物燃料电池子系统包括燃料压缩机(1)、混合器(2)、预重整器(3)、空气压缩机(4)、空气低温回热器(5)、空气高温回热器(6)、固体氧化物燃料电池(7)、逆变器(8)、燃烧室(9)和余热回收装置(30);燃料压缩机(1)的出口连接混合器(2)的第一入口,混合器(2)的出口连接预重整器(3)的入口,预重整器(3)的出口连接固体氧化物燃料电池(7)的阳极入口,固体氧化物燃料电池(7)的阳极出口分成两路,一路连接混合器(2)的第二入口,另一路连接燃烧室(9)的第一入口;空气压缩机(4)的出口连接CO2干冷器(15)的低温侧入口,CO2干冷器(15)的低温侧出口连接空气低温回热器(5)的低温侧入口;空气低温回热器(5)的低温侧出口连接空气高温回热器(6)的低温侧入口,空气高温回热器(6)的低温侧出口连接固体氧化物燃料电池(7)的阴极入口,固体氧化物燃料电池(7)的阴极出口连接燃烧室(9)的第二入口;燃烧室(9)的出口与CO2高温加热器(10)的高温侧出口之间设有带阀门H(29)的管路;空气高温回热器(6)高温侧出口与空气低温回热器(5)高温侧入口之间设有带阀门F(27)的管路;CO2低温加热器(19)高温侧入口设有阀门G(28),CO2低温加热器(19)高温侧出口设有阀门E(26);
超临界CO2循环子系统包括CO2高温加热器(10)、CO2透平(11)、发电机(12)、CO2高温回热器(13)、CO2低温回热器(14)、CO2干冷器(15)、CO2水冷器(16)、CO2压缩机(17)和CO2低温加热器(19);燃烧室(9)的出口连接CO2高温加热器(10)的高温侧入口,CO2高温加热器(10)的高温侧出口连接空气高温回热器(6)的高温侧入口,空气高温回热器(6)的高温侧出口连接CO2低温加热器(19)的高温侧入口,CO2低温加热器(19)的高温侧出口依次连接空气低温回热器(5)的高温侧和余热回收装置(30);CO2压缩机(17)的出口分成两路,一路依次通过CO2低温回热器(14)低温侧、CO2高温回热器(13)低温侧和CO2高温加热器(10)低温侧连接CO2透平(11)的入口,CO2透平(11)的输出轴连接发电机(12);CO2透平(11)的出口依次通过CO2高温回热器(13)高温侧、CO2低温回热器(14)高温侧连接、CO2干冷器(15)高温侧、CO2水冷器(16)连接CO2压缩机(17)入口;CO2压缩机(17)出口的另一路连接三通阀B(23)的第一口,三通阀B(23)的第二口连接三通阀C(24)的第一口和CO2低温加热器(19)低温侧入口,CO2低温加热器(19)低温侧出口连接三通阀D(25)的第一口,三通阀D(25)的第二口连接CO2高温回热器(13)低温侧入口,三通阀D(25)的第三口连接三通阀C(24)的第二口,三通阀C(24)的第三口通过太阳能加热器(18)低温侧连接三通阀B(23)的第三口;
聚光式太阳能集热子系统为槽式太阳能集热系统,包括太阳能加热器(18)、槽式太阳能吸收器(20)和泵(21);槽式太阳能吸收器(20)的出口连接太阳能加热器(18)高温侧入口,太阳能加热器(18)高温侧出口连接槽式太阳能吸收器(20)入口;太阳能加热器(18)的高温侧入口和出口之间设有带阀门A(22)的管路;槽式太阳能吸收器(20)入口处设有泵(21)。
2.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:燃料经燃料压缩机(1)压缩后,在混合器(2)中与阳极循环气混合后进入预重整器(3)中进行预重整,然后进入固体氧化物燃料电池(7)阳极;同时空气经空气压缩机(4)压缩后,进入CO2干冷器(15)对CO2进行预冷,然后依次经过空气低温回热器(5)、空气高温回热器(6)的低温侧进行换热,之后进入固体氧化物燃料电池(7)阴极;燃料与空气在固体氧化物燃料电池(7)中发生反应产生电能,经逆变器(8)转换后向外供电;一部分阳极尾气作为循环气,循环至混合器(2)中与新鲜燃料混合,另一部分阳极尾气与阴极尾气进入燃烧室(9),使阳极未发生反应的燃料进行完全燃烧并产生高温尾气;高温尾气作为超临界CO2循环的高温热源,流经CO2高温加热器(10)高温侧,通过调节阀门H(29)的开度,控制其流经CO2高温加热器(10)高温侧的流量,将低温侧的CO2加热至所需透平进口温度;然后高温尾气经过空气高温回热器(6)的高温侧将空气加热至所需温度;之后尾气作为超临界CO2循环的低温热源,流经CO2低温加热器(19)高温侧,根据太阳辐照强度,调节阀门E(26)、阀门F(27)和阀门G(28)的开度,控制尾气流经CO2低温加热器(19)高温侧的流量,将从CO2压缩机(17)流出的部分CO2加热至设定温度;然后尾气经过空气低温回热器(5)的高温侧对空气进行加热,最后进入余热回收装置(30)对其进行余热回收。
3.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:处于临界点的超临界CO2经CO2压缩机(17)压缩后分流,一部分流入CO2低温回热器(14)的低温侧,与从CO2高温回热器(13)高温侧流出的CO2进行换热;根据太阳辐照强度,调节三通阀B(23)、三通阀C(24)和三通阀D(25),使另一部分CO2只流经太阳能加热器(18)的低温侧,与从槽式太阳能吸收器(20)流出的导热油进行换热,或只流经CO2低温加热器(19)的低温侧,与从空气高温换热器(6)高温侧流出的尾气进行换热,再或先流经太阳能加热器(18)的低温侧然后流经CO2低温加热器(19)的低温侧,先后与导热油和尾气进行换热;两股CO2在CO2高温回热器(13)低温侧的入口前合流,然后流入CO2高温回热器(13)低温侧,与从CO2透平(11)流出的CO2进行换热;从CO2高温回热器(13)低温侧流出的CO2流经CO2高温加热器(10)的低温侧,被燃烧室(9)排出的尾气加热至所需透平进口温度,然后进入CO2透平(11)中膨胀做功,带动发电机(12)进行发电;由CO2透平(11)流出的CO2依次经过CO2高温回热器(13)高温侧和CO2低温回热器(14)高温侧,将热量传递给低温侧的CO2;由CO2低温回热器(14)高温侧流出的CO2进入CO2干冷器(15)中预冷,然后进入水冷器(16)中冷却至临界点附近的状态,进行下一循环。
4.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:槽式太阳能吸收器(20)吸收太阳能将导热油加热,根据太阳辐照强度调节阀门A(22)的开度,控制导热油流经太阳能加热器(18)高温侧的流量,将流经太阳能加热器(18)低温侧的CO2加热至设定温度;由太阳能加热器(18)高温侧流出的导热油和另一支路的导热油在泵(21)入口前合流,然后由泵(21)送入槽式太阳能吸收器(20)中进行加热,进行下一循环。
5.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:由太阳能加热器(18)低温侧或CO2低温加热器(19)低温侧流出的CO2的温度高于或等于由CO2低温回热器(14)低温侧流出的CO2的温度,且两股CO2合流后的温度低于由CO2高温回热器(13)高温侧流出的CO2温度。
6.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:当太阳辐照强度使导热油温度高于由CO2低温回热器(14)低温侧流出的CO2温度时,由CO2压缩机(17)流出后分流的另一部分CO2只流经太阳能加热器(18)的低温侧;当太阳辐照强度使导热油温度低于或等于由CO2低温回热器(14)低温侧流出的CO2温度,但高于由CO2压缩机(17)流出的CO2温度时,由CO2压缩机(17)流出后分流的另一部分CO2先流经太阳能加热器(18)的低温侧,再流经CO2低温加热器(19)的低温侧;当太阳辐照强度使导热油温度低于由CO2压缩机(17)流出的CO2温度时,由CO2压缩机(17)流出后分流的另一部分CO2只流经CO2低温加热器(19)的低温侧,此时聚光式太阳能集热子系统停止工作。
7.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:当太阳辐照强度使导热油温度高于由CO2低温回热器(14)低温侧流出的CO2温度时,系统在额定工况下工作,由燃烧室(9)排出的尾气依次经过CO2高温加热器(10)高温侧、空气高温回热器(6)高温侧、空气低温回热器(5)高温侧,作为超临界的CO2高温热源供热并对空气进行加热;当太阳辐照强度使导热油温度低于或等于由CO2低温回热器(14)低温侧流出的CO2温度时,适当增加燃料流量,由燃烧室(9)排出的尾气依次经过CO2高温加热器(10)高温侧、空气高温回热器(6)高温侧、CO2低温加热器(19)高温侧、空气低温回热器(5)高温侧,作为超临界的CO2高温热源和低温热源供热并对空气进行加热。
8.根据权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,其特征在于:由CO2低温回热器(14)高温侧流出的CO2先后被干冷和水冷,其中在CO2干冷器(15)中,固体氧化物燃料电池子系统所需的空气作为干冷剂,CO2在冷却的同时将空气进行预热;CO2低温回热器(14)高温侧流出的CO2经过CO2干冷器(15)干冷后进入CO2水冷器(16)进行水冷。
9.集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能方法,其特征在于,基于权利要求1所述的集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统,包括:
固体氧化物燃料电池子系统中,燃料经燃料压缩机(1)压缩后,在混合器(2)中与阳极循环气混合后进入预重整器(3)中进行预重整,然后进入固体氧化物燃料电池(7)阳极;同时空气经空气压缩机(4)压缩后,进入CO2干冷器(15)对CO2进行预冷,然后依次经过空气低温回热器(5)、空气高温回热器(6)的低温侧进行换热,之后进入固体氧化物燃料电池(7)阴极;燃料与空气在固体氧化物燃料电池(7)中发生反应产生电能,经逆变器(8)转换后向外供电;一部分阳极尾气作为循环气,循环至混合器(2)中与新鲜燃料混合,另一部分阳极尾气与阴极尾气进入燃烧室(9),使阳极未发生反应的燃料进行完全燃烧并产生高温尾气;高温尾气作为超临界CO2循环的高温热源,流经CO2高温加热器(10)高温侧,通过调节阀门H(29)的开度,控制其流经CO2高温加热器(10)高温侧的流量,将低温侧的CO2加热至所需透平进口温度;然后高温尾气经过空气高温回热器(6)的高温侧将空气加热至所需温度;之后尾气可作为超临界CO2循环的低温热源,流经CO2低温加热器(19)高温侧,根据太阳辐照强度,调节阀门E(26)、阀门F(27)和阀门G(28)的开度,控制尾气流经CO2低温加热器(19)高温侧的流量,将从CO2压缩机(17)流出的部分CO2加热至设定温度;然后尾气经过空气低温回热器(5)的高温侧对空气进行加热,最后进入余热回收装置(30)对其进行余热回收;
超临界CO2循环子系统中,处于临界点的超临界CO2经CO2压缩机(17)压缩后分流,一部分流入CO2低温回热器(14)的低温侧,与从CO2高温回热器(13)高温侧流出的CO2进行换热;
根据太阳辐照强度,调节三通阀B(23)、三通阀C(24)和三通阀D(25),使另一部分CO2只流经太阳能加热器(18)的低温侧,与从槽式太阳能吸收器(20)流出的导热油进行换热,或只流经CO2低温加热器(19)的低温侧,与从空气高温换热器(6)高温侧流出的尾气进行换热,再或先流经太阳能加热器(18)的低温侧然后流经CO2低温加热器(19)的低温侧,先后与导热油和尾气进行换热;两股CO2在CO2高温回热器(13)低温侧的入口前合流,然后流入CO2高温回热器(13)低温侧,与从CO2透平(11)流出的CO2进行换热;从CO2高温回热器(13)低温侧流出的CO2流经CO2高温加热器(10)的低温侧,被燃烧室(9)排出的尾气加热至所需透平进口温度,然后进入CO2透平(11)中膨胀做功,带动发电机(12)进行发电;由CO2透平(11)流出的CO2依次经过CO2高温回热器(13)高温侧和CO2低温回热器(14)高温侧,将热量传递给低温侧的CO2;由CO2低温回热器(14)高温侧流出的CO2进入CO2干冷器(15)中预冷,然后进入水冷器(16)中冷却至临界点附近的状态,进行下一循环;
聚光式太阳能集热子系统中,槽式太阳能吸收器(20)吸收太阳能将导热油加热,根据太阳辐照强度调节阀门A(22)的开度,控制导热油流经太阳能加热器(18)高温侧的流量,将流经太阳能加热器(18)低温侧的CO2加热至设定温度;由太阳能加热器(18)高温侧流出的导热油和另一支路的导热油在泵(21)入口前合流,然后由泵(21)送入槽式太阳能吸收器(20)中进行加热,进行下一循环。
方法
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