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一种太阳能天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置

阅读:252发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种太阳能天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 太阳能 与 天然气 冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置。该装置,包括太阳能集热系统、中高温太阳能热发电系统、天然气低温冷能发电系统和 压缩空气蓄能 系统。本发明通过中高温太阳能热发电和天然气低温冷能发电两段高效超临界发电循环,利用天然气接收站的低温冷能做为太阳能中高温太阳能热发电的冷源对做功后的工质进行冷凝,利用乏汽作为低温发电的热源,利用余热作为压缩空气储能的冷热源,通过蓄热系统保持太阳能热发电的稳定电 力 输出,通过压缩空气储能实现了用户侧需求响应,通过数个提质换热器实现冷热互补,通过超临界气体发电提高发电效率降低 潜热 损失。,下面是一种太阳能天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置专利的具体信息内容。

1.一种太阳能天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置,其特征在于,包括太阳能集热系统、中高温太阳能热发电系统、天然气低温冷能发电系统和压缩空气蓄能系统;所述的太阳能集热系统包括太阳能集热蓄热容器,所述的中高温太阳能热发电系统包括依次连通形成中高温太阳能热发电循环回路的中高温太阳能热发电热源换热器、太阳能热发电透平和中和换热器,太阳能集热蓄热容器与太阳能热发电透平连接,所述的天然气低温冷能发电系统包括低温发电透平、低温发电工质二次加热换热器和液态天然气换热器,低温发电透平、液态天然气换热器、中和换热器和低温发电工质二次加热换热器形成天然气低温冷能发电循环回路,所述的压缩空气蓄能系统包括依次连通形成压缩空气蓄能循环回路的空气透平、高压空气预热换热器、储气容器、空压机出口冷却换热器和空压机,低温发电透平与空压机连接,液态天然气换热器与空压机连接,所述的太阳能集热蓄热容器与高压空气预热换热器形成连接回路,低温发电工质二次加热换热器与空压机出口冷却换热器形成连接回路。
2.根据权利要求1所述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置,其特征在于,还包括冷能发电备用热源和低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分,所述的冷能发电备用热源包括冷能发电工质备用加热器,所述的低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分包括太阳能蓄热容器低温段换热器,所述的冷能发电工质备用加热器和太阳能蓄热容器低温段换热器并联连接到天然气低温冷能发电循环回路上,所述的太阳能集热蓄热容器与太阳能蓄热容器低温段换热器形成连接回路。
3.根据权利要求1所述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置,其特征在于,还包括太阳能热发电并行冷源,所述的太阳能热发电并行冷源包括太阳能热发电乏汽冷却换热器,所述的太阳能热发电乏汽冷却换热器与中高温太阳能热发电循环回路连接。
4.一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法,通过权利要求1-
3任一项所述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置来实现,其特征在于,包括如下步骤:太阳能热发电透平内部的第一工质经过中高温太阳能热发电热源换热器后被加热升温,然后经过中高温太阳能热发电系统中的太阳能热发电透平进行膨胀发电后降温降压,再经过中和换热器或者太阳能热发电乏汽冷却换热器进行冷却进一步降温,然后经过太阳能热发电循环用气体压缩机压缩增压后再次经过中高温太阳能热发电热源换热器被加热,形成中高温太阳能热发电循环;
第二工质经过天然气低温冷能发电系统乏汽冷却换热器冷却后进一步降温,然后经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后再次经过中和换热器24被加热升温,再经过低温发电工质二次加热换热器被继续加热,然后经过低温发电透平进行膨胀发电后降温降压,在经过天然气低温冷能发电系统乏汽冷却换热器,形成天然气低温冷能发电循环;
由低温发电透平发出的部分富余电带动空压机进行空气压缩,进入空压机的空气首先经过空压机入口空气冷却换热器后降温除湿,然后被压缩升温后通过空压机出口冷却换热器后被降温储存到储气容器中,为储能过程,在用户侧需要大量用电时,储气容器中的高压空气被释放,经过高压空气预热换热器后被加热升温,然后推动空气透平做功发电,为释能过程,形成空气储能循环;
所述的中高温太阳能热发电循环和天然气低温冷能发电循环两个发电循环通过中和换热器进行冷热交换,同时中高温太阳能热发电循环、天然气低温冷能发电循环和空气储能循环三个循环通过冷热互补,实现太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用。
5.根据权利要求4所述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法,其特征在于,具体包括如下步骤:白天太阳能充足,太阳能集热蓄热容器获得足够的太阳热能后,中高温太阳能热发电系统开始运行,太阳能热发电透平内部的第一工质在太阳能热发电透平中做功后进入中和换热器被降温,并经过太阳能热发电循环用气体压缩机加压升温后被中高温太阳能热发电热源换热器加热升温进入太阳能热发电透平完成中高温太阳能热发电循环;同时,从中和换热器中吸热的第二工质升温后经过蓄能间接换热器加热后经过低温发电透平输出电力后降温降压,然后经过液态天然气换热器后被冷却,经天然气低温冷能发电循环用气体压缩机加压后经过中和换热器被加热完成天然气低温冷能发电循环;在用能较少时,低温发电透平带动空压机对空气进行压缩,压缩前的空气先经过空压机入口空气冷却换热器被降温,压缩后的空气升温升压经过空压机出口冷却换热器被降温后进入储气容器,而通过空压机出口冷却换热器的另外一个流路的第三工质被加热后流过低温发电工质二次加热换热器后放热加热天然气低温冷能发电循环中的第二工质后返回到空压机出口冷却换热器进行储能,在用能较多时,从储气容器中引出高压空气,经过高压空气预热换热器加热后进入空气透平做功发电,高压空气预热器与蓄热容器间通过第四工质循环换热;
或者,晚间太阳能不足时,太阳能集热蓄热容器温度不足以启动中高温太阳能热发电系统,则太阳能热发电透平停止运行,中高温太阳能热发电系统停止启动,太阳能集热蓄热容器与太阳能蓄热容器低温段换热器通过工质循环,太阳能蓄热容器低温段换热器中的另外一侧第五工质,白天运行的天然气低温冷能发电系统流路切换而中和换热器停止运行,天然气低温冷能发电系统中的第二工质经过太阳能蓄热容器低温段换热器后被加热,然后再经过低温发电工质二次加热换热器,然后经过低温发电透平发电后经过液态天然气换热器被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后进入太阳能蓄热容器低温段换热器换热升温完成循环;随着太阳能集热蓄热容器的温度进一步降低到一定程度,天然气低温冷能发电系统再次切换流路,太阳能蓄热容器低温段换热器的关闭,冷能发电工质备用加热器阀门打开,天然气低温冷能发电系统中的发电工质经过冷能发电工质备用加热器后被加热,然后再经过低温发电工质二次加热换热器,然后经过低温发电透平发电后经过液态天然气换热器被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后进入太阳能蓄热容器低温段换热器换热升温完成一个循环。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法,其特征在于,所述的第一工质选自CO2、R13、R23和R503中的一种,所述的第二工质为氮气,所述的第三工质和第五工质为或者低温防冻液,第四工质为水。

说明书全文

一种太阳能天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用

方法及装置

技术领域:

[0001] 本发明属于可再生能源、余能利用、储能和节能环保技术领域,具体涉及一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置。背景技术:
[0002] 液态天然气在使用前需由液态再转化为气态,此过程中将释放大量的冷能。经计算常压下液态天然气在-162℃气化后释放的冷能为779~840kJ/kg。以200万t/a的天然气接收站为例,若按天然气气化释放的冷能为840kJ/kg计算,如冷能完全利用,每年可利用的3
冷能约为16.8亿MJ,约等于4.67亿度电,如果按照全国2016年消耗的天然气2000亿m进行估算,其潜能值约为1176MJ约等于327亿度电,如果不加以控制和利用,则会造成巨大的冷污染。
[0003] 现在日本的很多天然气接收站采用冷能发电,将液态天然气释放的一部分冷能通过温差发电加以利用,产生高品质电,具有好的经济和节能效果。但是冷能发电只能将少部分冷能利用,剩余的很大一部分冷能仍然需要通过等方式进行冷能释放,从而造成冷污染。
[0004] 太阳能热发电采用中高温聚光方式聚焦太阳光,加热工质,现在通常采用水蒸气作为汽轮机发电的工质,其乏汽能量占比大。采用二等工质进行超临界循环,设备小,乏汽无相变释冷,发电效率高,设备更安全。
[0005] 压缩空气储能技术是目前已经被验证可以与抽水蓄能储能技术相当的可实现大规模储能的储能技术。其优点显著,但是储能、释能过程中会带来空气参数的变化,同时空压机和膨胀机入口空气参数对整个系统有较大影响。发明内容:
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置,本发明通过耦合天然气冷能发电、太阳能热发电、超临界气体发电以及空气储能,通过对周边环境的间歇冷释放和热释放以及冷热互补,实现全年的冷热中和高效电输出,环保效果好。
[0007] 本发明的目的在于提供一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置,包括太阳能集热系统、中高温太阳能热发电系统、天然气低温冷能发电系统和压缩空气蓄能系统;所述的太阳能集热系统包括太阳能集热蓄热容器,所述的中高温太阳能热发电系统包括依次连通形成中高温太阳能热发电循环回路的中高温太阳能热发电热源换热器、太阳能热发电透平和中和换热器,太阳能集热蓄热容器与太阳能热发电透平连接,所述的天然气低温冷能发电系统包括低温发电透平、低温发电工质二次加热换热器和液态天然气换热器,低温发电透平、液态天然气换热器、中和换热器和低温发电工质二次加热换热器形成天然气低温冷能发电循环回路,所述的压缩空气蓄能系统包括依次连通形成压缩空气蓄能循环回路的空气透平、高压空气预热换热器、储气容器、空压机出口冷却换热器和空压机,低温发电透平与空压机连接,液态天然气换热器与空压机连接,所述的太阳能集热蓄热容器与高压空气预热换热器形成连接回路,低温发电工质二次加热换热器与空压机出口冷却换热器形成连接回路。
[0008] 优选地,上述装置还包括冷能发电备用热源和低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分,所述的冷能发电备用热源包括冷能发电工质备用加热器,所述的低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分包括太阳能蓄热容器低温段换热器,所述的冷能发电工质备用加热器和太阳能蓄热容器低温段换热器并联连接到天然气低温冷能发电循环回路上,所述的太阳能集热蓄热容器与太阳能蓄热容器低温段换热器形成连接回路。
[0009] 优选地,所述装置还包括太阳能热发电并行冷源,所述的太阳能热发电并行冷源包括太阳能热发电乏汽冷却换热器,所述的太阳能热发电乏汽冷却换热器与中高温太阳能热发电循环回路连接。
[0010] 本发明还保护一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法,通过上述的太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置来实现,包括如下步骤:
[0011] 太阳能热发电透平内部的第一工质经过中高温太阳能热发电热源换热器后被加热升温,然后经过中高温太阳能热发电系统中的太阳能热发电透平进行膨胀发电后降温降压,再经过中和换热器或者太阳能热发电乏汽冷却换热器进行冷却进一步降温,然后经过太阳能热发电循环用气体压缩机压缩增压后再次经过中高温太阳能热发电热源换热器被加热,形成中高温太阳能热发电循环;
[0012] 第二工质经过天然气低温冷能发电系统乏汽冷却换热器冷却后进一步降温,然后经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后再次经过中和换热器24被加热升温,再经过低温发电工质二次加热换热器被继续加热,然后经过低温发电透平进行膨胀发电后降温降压,在经过天然气低温冷能发电系统乏汽冷却换热器,形成天然气低温冷能发电循环;
[0013] 由低温发电透平发出的部分富余电力带动空压机进行空气压缩,进入空压机的空气首先经过空压机入口空气冷却换热器后降温除湿,然后被压缩升温后通过空压机出口冷却换热器后被降温储存到储气容器中,为储能过程,在用户侧需要大量用电时,储气容器中的高压空气被释放,经过高压空气预热换热器后被加热升温,然后推动空气透平做功发电,为释能过程,形成空气储能循环;
[0014] 所述的中高温太阳能热发电循环和天然气低温冷能发电循环两个发电循环通过中和换热器进行冷热交换,同时中高温太阳能热发电循环、天然气低温冷能发电循环和空气储能循环三个循环通过冷热互补,实现太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用。
[0015] 优选地,上述方法具体包括如下步骤:白天太阳能充足,太阳能集热蓄热容器获得足够的太阳热能后,中高温太阳能热发电系统开始运行,太阳能热发电透平内部的第一工质在太阳能热发电透平中做功后进入中和换热器被降温,并经过太阳能热发电循环用气体压缩机加压升温后被中高温太阳能热发电热源换热器加热升温进入太阳能热发电透平完成中高温太阳能热发电循环;同时,从中和换热器中吸热的第二工质升温后经过蓄能间接换热器加热后经过低温发电透平输出电力后降温降压,然后经过液态天然气换热器后被冷却,经天然气低温冷能发电循环用气体压缩机加压后经过中和换热器被加热完成天然气低温冷能发电循环;在用能较少时,低温发电透平带动空压机对空气进行压缩,压缩前的空气先经过空压机入口空气冷却换热器被降温,压缩后的空气升温升压经过空压机出口冷却换热器被降温后进入储气容器,而通过空压机出口冷却换热器的另外一个流路的第三工质被加热后流过低温发电工质二次加热换热器后放热加热天然气低温冷能发电循环中的第二工质后返回到空压机出口冷却换热器进行储能,在用能较多时,从储气容器中引出高压空气,经过高压空气预热换热器加热后进入空气透平做功发电,高压空气预热器与蓄热容器间通过第四工质循环换热;
[0016] 或者,晚间太阳能不足时,太阳能集热蓄热容器温度不足以启动中高温太阳能热发电系统,则太阳能热发电透平停止运行,中高温太阳能热发电系统停止启动,太阳能集热蓄热容器与太阳能蓄热容器低温段换热器通过工质循环,太阳能蓄热容器低温段换热器中的另外一侧第五工质,白天运行的天然气低温冷能发电系统流路切换而中和换热器停止运行,天然气低温冷能发电系统中的第二工质经过太阳能蓄热容器低温段换热器后被加热,然后再经过低温发电工质二次加热换热器,然后经过低温发电透平发电后经过液态天然气换热器被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后进入太阳能蓄热容器低温段换热器换热升温完成循环;随着太阳能集热蓄热容器的温度进一步降低到一定程度,天然气低温冷能发电系统再次切换流路,太阳能蓄热容器低温段换热器的关闭,冷能发电工质备用加热器阀门打开,天然气低温冷能发电系统中的发电工质经过冷能发电工质备用加热器后被加热,然后再经过低温发电工质二次加热换热器,然后经过低温发电透平发电后经过液态天然气换热器被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机压缩增压后进入太阳能蓄热容器低温段换热器换热升温完成一个循环。
[0017] 本发明在压缩空气出口有降温换热器,在储气容器出口有升温换热器。压缩空气出口的降温换热器和天然气低温冷能发电汽轮机前置换热器组成一个间接换热循环,在低温发电和压缩空气储能运行是将其冷热互补进行提质。天然气低温冷能发电的冷凝器换热升温后的LNG经过压缩空气入口的降温换热器,降低空压机入口的空气温度,除湿的同时可以有效提高压缩空气系统的效率。蓄热容器根据参数和需求可以提供给太阳能热发电部分作为热源,或者天然气低温冷能发电部分作为热源,或者压缩空气蓄能的储气容器出口换热器的热源。
[0018] 本发明通过超临界聚光太阳能热发电技术部分、超临界液化天然气冷能发电技术部分布和压缩空气储能技术部分的耦合,基于冷热互补原则,通过冷源和热源的间歇切换实现余热与冷能的周期性中和以及用户侧相应,并实现系统的高效输出和利用,达到节能环保和经济高效的目标。
[0019] 太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法包括太阳能集热部分、中高温太阳能热发电部分、天然气低温冷能发电部分、备用源(冷能发电热源和热发电冷源)、中和换热部分、蓄热部分、高效压缩空气蓄能部分和数个提质换热器等。其中太阳能热发电系统为间歇式运行,天然气低温冷能发电系统为连续运行而其热源为间歇切换运行,为太阳能热发电“乏汽”和其他类型热源(如海水,燃气等),各部分通过控制运行实现冷热互补的提质高效。
[0020] 系统热源为中和换热部分、或者备用冷能发电热源(通常为海水)、或者不能满足太阳能热发电热源参数要求的太阳能集热系统蓄热容器,三个换热部分并联根据参数控制相互切换进行独立供热;其后串联有压缩空气储能的间接换热器,在储能系统启动后将压缩后升温空气的热量通过间接换热后进行加热;加热后的超临界工质经过汽轮机发电后经过冷凝器被LNG冷却后再被加压通过换热器加热完成一个循环。
[0021] 优选地,所述的第一工质选自CO2、R13、R23和R503中的一种,所述的第二工质为氮气或氩气,所述的第三工质和第五工质为水或者常规防冻液,第四工质为水。第一工质为超临界温度在常温左右的工质。发电过程中系统全程为超临界运行,运行时其“乏汽”冷凝源为中和换热系统以及备用热发电冷源两个冷却系统进行同时联合冷却。
[0022] 太阳能热发电部分额定运行时产生乏汽的余热功率大于天然气低温发电部分“乏汽”的冷能功率,在阴天或者热发电系统蓄热源使用完毕等情况时热发电系统停止运行,冷能发电部分热源切换为备用冷能发电热源和太阳能蓄热容器;通过压缩空气储能部分调节负荷并进一步利用LNG余冷、太阳能热,且通过耦合将空气压缩升温后的热量输出进一步提高低温发电部分的性能。匹配冷热发电功率实现备用热源、蓄热容器释冷、备用冷源释热以及压缩空气释热的中和,即全年计算系统对环境释放的冷量和热量相同或者误差不大。
[0023] 本发明的有益效果是:
[0024] 1、本发明通过两段高效超临界气体发电循环,利用天然气接收站的低温冷能做为太阳能中高温太阳能热发电的冷源对做功后的工质进行冷凝,利用乏汽作为低温发电的热源,利用余热余热作为压缩空气储能的冷热源,通过蓄热系统保持太阳能热发电的稳定电力输出,通过压缩空气储能实现了用户侧需求响应,通过数个提质换热器实现冷热互补。
[0025] 2、本发明将低于太阳能发电下限温度的太阳能热能充分利用,降低蓄热容器内的工质温度,减少容器蓄热温差,降低对外散热损失,且显著提高太阳能集热系统的效率;同时压缩空气储能有废热产生且冷热输入有助于提高效率,通过与太阳能集热蓄热和低温天然气循环相耦合换热,可以充分利用压缩空气废热且提高储能释能效率;通过对余热、余冷、废热、废冷的有效耦合和“各取所需”,太阳能集热效率随着运行工质温度的升高而降低。中高温太阳能热发电对工质温度要求高,其发电部分运行下限温度较高。
[0026] 3、本发明不但减少液化天然气气化发电释冷对环境的影响量,而且可以实现更加高效的用户侧响应,并进一步提高能源利用效率,其预估发电效率提高10%以上,其太阳能利用率提高10%-20%,有利于节能减排和经济性。附图说明:
[0027] 图1为实施例1中采用海水等作为备用源的全年热平衡的联合发电的工艺流程图
[0028] 图2为实施例2中采用相变蓄热全年热平衡的联合发电的工艺流程图;
[0029] 图3为实施例3中采用海水等作为备用源的即时热平衡的联合发电的工艺流程图;
[0030] 附图标记说明:
[0031] 1、太阳能集热系统;2、中高温太阳能热发电系统;3、天然气低温冷能发电系统;4、冷能发电备用热源;5、太阳能热发电并行冷源;6、低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分;7、压缩空气蓄能系统;21、太阳能集热蓄热容器;22、中高温太阳能热发电热源换热器;23、液态天然气换热器(天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器);24、中和换热器;25、冷能发电工质备用加热器;26、太阳能热发电“乏汽”冷却换热器;27、太阳能蓄热容器低温段换热器;31、空压机;32、储气容器;35、太阳能热发电循环用气体压缩机;36、天然气低温冷能发电循环用气体压缩机;41、太阳能热发电透平;42、低温发电透平;43、空气透平;
51、低温发电工质二次加热换热器;52、高压空气预热换热器;53、空压机出口冷却换热器;
54、空压机入口空气冷却换热器;61、低温循环发电机
具体实施方式:
[0032] 以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
[0033] 除特别说明,本发明中提到的设备和材料均为市售。
[0034] 一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用装置,包括太阳能集热系统1、中高温太阳能热发电系统2、天然气低温冷能发电系统3、冷能发电备用热源4、太阳能热发电并行冷源5、低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6和压缩空气蓄能系统7;太阳能集热系统1包括太阳能集热蓄热容器21,中高温太阳能热发电系统2包括依次连通形成中高温太阳能热发电循环回路的中高温太阳能热发电热源换热器22、太阳能热发电透平41和中和换热器24,太阳能集热蓄热容器21与太阳能热发电透平41连接,天然气低温冷能发电系统3包括低温发电透平42、低温发电工质二次加热换热器51和液态天然气换热器
23,低温发电透平42、液态天然气换热器23、中和换热器24和低温发电工质二次加热换热器
51形成天然气低温冷能发电循环回路,压缩空气蓄能系统7包括依次连通形成压缩空气蓄能循环回路的空气透平43、高压空气预热换热器52、储气容器32、空压机出口冷却换热器53和空压机31,低温发电透平42与空压机31连接,液态天然气换热器(天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器)23与空压机31连接,太阳能集热蓄热容器21与高压空气预热换热器
52形成连接回路,低温发电工质二次加热换热器51与空压机出口冷却换热器53形成连接回路。
[0035] 冷能发电备用热源4包括冷能发电工质备用加热器25,低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6包括太阳能蓄热容器低温段换热器27,冷能发电工质备用加热器25和太阳能蓄热容器低温段换热器27并联连接到天然气低温冷能发电循环回路上,太阳能集热蓄热容器21与太阳能蓄热容器低温段换热器27形成连接回路。太阳能热发电并行冷源5包括太阳能热发电乏汽冷却换热器26,太阳能热发电乏汽冷却换热器26与中高温太阳能热发电循环回路连接。
[0036] 实施例1:
[0037] 如图1所示,白天太阳能充足可以获得足够的太阳热能时,太阳能集热蓄热容器21升温到运行启动点,中高温太阳能热发电系统2开始运行,太阳能热发电透平41正常运行,太阳能热发电透平41内部的第一工质在太阳能热发电透平41中做功后进入中和换热器24被降温,并经过太阳能热发电循环用气体压缩机35加压升温后被中高温太阳能热发电热源换热器22加热升温进入太阳能热发电透平41完成一个循环并产生电力。同时,从中和换热器24中吸热的氮气升温后经过低温发电工质二次加热换热器51加热(压缩空气蓄能系统7运行时)后经过低温发电透平42输出电力后降温降压,然后经过液态天然气换热器(天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器)23后被冷却再经天然气低温冷能发电循环用气体压缩机36加压后经过中和换热器24被加热完成一个循环。
[0038] 在用能较少时,低温发电透平42带动空压机31对空气进行压缩,压缩前的空气先经过空压机入口空气冷却换热器54被降温(换热器另外一侧为由液态天然气换热器(天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器)23出来的经过加热后仍然为低温的天然气),压缩后的空气升温升压经过空压机出口冷却换热器53被降温后进入储气容器32。而通过空压机出口冷却换热器53的另外一个流路的工质被加热后流过低温发电工质二次加热换热器51后放热加热天然气低温冷能发电循环3中的工质后返回到空压机出口冷却换热器53完成一个循环。在用能较多时,从储气容器32中引出高压空气,有条件的情况下经过高压空气预热换热器52(由太阳能加热)加热后进入空气透平43做功发电。
[0039] 第一工质为CO2、R13、R23或R503等超临界温度在常温左右的工质,在本实施例中优选第一工质为CO2。
[0040] 晚间太阳能不足时,蓄热容器21温度不足以启动系统2,则太阳能热发电透平41停止运行,中高温太阳能热发电系统2停止启动。太阳能集热蓄热容器21与低温冷能发电系统太阳能低温热利用换热部分6通过工质循环,低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6中的另外一侧工质(水说着常规防冻液),白天运行的天然气低温冷能发电系统3流路切换而中和换热器24停止运行,天然气低温冷能发电系统3中的发电工质(氮气等)经过太阳能蓄热容器低温段换热器27后被加热(不经过中和换热器24),然后再经过低温发电工质二次加热换热器51,然后经过低温发电透平42发电后经过液态天然气换热器23被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机36压缩增压后进入太阳能蓄热容器低温段换热器27换热升温完成一个循环。随着太阳能集热蓄热容器21温度进一步降低到一定程度,天然气低温冷能发电系统3再次切换流路,低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6的阀门关闭,冷能发电备用热源4(冷能发电工质备用加热器25)的阀门打开,天然气低温冷能发电系统3中的发电工质(氮气等)经过冷能发电工质备用加热器25后被加热(不经过中和换热器24和低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6),然后再经过低温发电工质二次加热换热器51,然后经过低温发电透平42发电后经过液态天然气换热器23被冷却后再经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机36压缩增压后进入低温冷能发电系统太阳能低温利用换热部分6换热升温完成一个循环。压缩空气系统启动空气压缩和做功发电模式与上段白天利用一样。
[0041] 中高温太阳能热发电和天然气低温冷能发电两个发电循环通过中和换热器进行冷热交换,同时三个循环通过冷热互补实现“各取所需”的提质提效。
[0042] 在超临界中高温太阳能热发电循环中,超临界工质经过中高温太阳能热发电热源换热器22后被加热升温,然后经过中高温太阳能热发电系统2中的太阳能热发电透平41进行膨胀发电后降温降压,再经过中和换热器24或者太阳能热发电“乏汽”冷却换热器26进行冷却进一步降温,然后经过太阳能热发电循环用气体压缩机35压缩增压后再次经过中高温太阳能热发电热源换热器22被加热,完成一个发电循环。
[0043] 在天然气低温冷能发电系统3中,低温超临界工质经过天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器23冷却后进一步降温,然后经过天然气低温冷能发电循环用气体压缩机36压缩增压后再次经过中和换热器24被加热(如果太阳能热发电系统未曾运行则增压后先流经太阳能蓄热容器低温段换热器27中被加热,当太阳能集热蓄热容器21中工质温度降低到一定程度不能满足加热要求时再次切换到冷能发电工质备用加热器25加热工质)升温,再经过低温发电工质二次加热换热器51被压缩升温后的空气加热(如果没有空压机不启动则不再次加热),然后经过低温发电透平42进行膨胀发电后降温降压,在经过天然气低温冷能发电系统“乏汽”冷却换热器23完成一个发电循环。
[0044] 在空气压缩储能循环中,由低温发电透平42发出的部分富余电力带动空压机31进行空气压缩。进入空压机的空气首先经过空压机入口空气冷却换热器54(液态天然气换热器23换热后的天然气仍然温度较低流经空压机入口空气冷却换热器54)后降温除湿,然后被压缩升温后通过空压机出口冷却换热器53后被降温储存到储气容器32中,此为储能过程。在用户侧需要大量用电时,储气容器32中的高压空气被释放,经过高压空气预热换热器52后被加热升温,然后推动空气透平43做功发电,此为释能过程。
[0045] 低温发电工质二次加热换热器51与空压机出口冷却换热器53之间通过泵和中间工质(水或者常规防冻液)进行换热;高压空气预热换热器52与太阳能集热蓄热容器21之间通过泵和中间工质(水)进行换热;中高温太阳能热发电热源换热器22与太阳能集热蓄热容器21之间通过泵和中间工质(水或者导热油)进行换热;太阳能蓄热容器低温段换热器27与太阳能集热蓄热容器21之间通过泵和中间工质(水或者常规防冻液)进行换热。通过这些换热器实现了冷热互补和“各取所需”,达到提质高效的目标。
[0046] 太阳能集热系统1采用中高温聚光集热器,聚光集热后蓄热到太阳能集热蓄热容器21中。太阳能热发电部分额定运行时产生乏汽的余热功率大于天然气低温发电部分“乏汽”的冷能功率(所以增加太阳能热发电“乏汽”冷却换热器26),在阴天或者中高温太阳能热发电系统蓄热源使用完毕等情况时热发电系统停止运行,冷能发电部分热源切换为备用冷能发电热源和太阳能集热蓄热容器21;通过压缩空气储能系统7调节负荷并进一步利用LNG余冷、太阳能热,且通过耦合将空气压缩升温后的热量输出进一步提高低温发电部分的性能。匹配冷热发电功率实现备用热源、蓄热容器释热、备用冷源释冷以及压缩空气系统释冷释热的中和,即全年计算系统对环境释放的冷量和热量相同或者误差不大。
[0047] 实施例2:
[0048] 与实施例1相同,区别在于太阳能热发电“乏汽”冷却换热器26变更为低温相变蓄热容器,并将其外部冷却输入部分去掉,增加旁通阀和泵,将热发电乏汽释热储存并在夜间释放给冷能发电,对比实施例1增加一个相变蓄热和释热循环。
[0049] 太阳能热发电系统额定运行时产生乏汽的余热功率与天然气低温发电系统“乏汽”的冷能功率相等,在热发电系统停止运行时,冷能发电系统热源切换为太阳能蓄热、以及相变蓄热部分。
[0050] 实施例3:
[0051] 与实施例1相同,区别在于减小热发电容量,在热发电循环中冷却换热器只有中和换热器24。太阳能热发电系统额定运行时产生乏汽的余热功率与天然气低温发电系统“乏汽”的冷能功率相等,在热发电系统停止运行时,冷能发电系统热源切换为太阳能蓄热容器和备用冷能发电热源,实现部分时段环境释放的冷量和热量相同或者误差不大。
[0052] 以上对本发明提供的一种太阳能与天然气冷能联合超临界发电以及蓄能耦合利用方法及装置进行了详细的介绍,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想,应当指出,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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