为工质的太阳能发电方法及发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能发电方法及发电系统，特别是关于一种以CO2为工质的太阳能发电方法及发电系统。
【背景技术】
[0002]太阳能发电技术作为可再生能源技术，受到世界各国越来越多的关注和研宄。目前以水为工质的太阳能热发电系统在中低温太阳能热发电领域占有绝对的优势，技术本身与设备开发也比较成熟。近年来，新的技术方案正朝着更高的吸热温度和循环效率以及更低的造价发展。但以水为工质的高温太阳能热发电系统中，水的膨胀比较大，需要多级膨胀，透平的尺寸较大，系统也复杂。开发新型的高温太阳能热发电系统，在提高效率的同时降低透平尺寸和系统复杂性，将促进高温太阳能热发电技术的发展。超临界0)2具有密度大、粘度低和流动性好的特点，适宜作为太阳能热发电的工质。
[0003]目前处于实验室研宄阶段的太阳能驱动的以CO2为工质的热发电技术，采用的是槽式太阳能集热器，集热温度低于250°C，集热压力低于15MPa。温度低于250°C、压力低于15MPa的CO2经过透平时，由于膨胀比低，温度降低较少，即CO2在太阳能集热器所吸收的热量中大部分都传给了环境介质，只有很少部分被转化成了功，因此系统热效率不高，一般低于20%。开发以0)2作为工质的高温太阳能光热发电系统，根据CO2的热物理性质，进行热力过程和系统优化，合理组织能量的传递与转换，进而提高热效率，将大大提高太阳能资源开发利用效益。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高太阳能转换效率的以0)2为工质的太阳能发电方法及发电系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种以0)2为工质的太阳能发电方法，其包括以下内容:1)以CO2为工质，以塔式太阳能吸收器作为加热源，CO2在塔式太阳能吸收器中吸收太阳能热量后温度升高；2)C02进入作为能量转换设备的超临界CO 2透平中膨胀做功，输出电能后成为0)2乏汽；3)0)2乏汽依次通过多级回热器的低压侧通道放热，高压侧通道吸热；4)通过多个分流阀门调节不同温度的CO2乏汽分流进入气体冷却器和多级压缩机的流量；5)采用抽气压缩的方法，经多级压缩机压缩后的0)2进入与多级压缩机相应的多级回热器，使每一级回热器中高压侧通道和低压侧通道不同压力的0)2流体热容相近，保证二者的传热温差最优，CO2乏汽热量利用最大；6)完成循环的CO2返回塔式太阳能吸收器，重复步骤I)?5)。
[0006]所述回热器的级数、所述压缩机的级数和所述分流阀门的数量，均根据上述塔式太阳能吸收器的集热参数以及所述气体冷却器中环境介质能够提供的冷却温度确定。
[0007]所述回热器的级数为三级、所述压缩机的级数为两级、所述分流阀门的数量为四个。
[0008]一种实现所述发电方法的以CO2为工质的太阳能发电系统，其特征在于:它包括塔式太阳能吸收器、超临界CO2透平、第一至第三回热器、第一至第三压缩机、气体冷却器以及第一至第四阀门；所述塔式太阳能吸收器通过管路与所述超临界0)2透平的入口连接，所述超临界CO2透平的出口通过管路与所述第一回热器的低压侧通道入口连接，所述第一回热器的低压侧通道出口与所述第二回热器的低压侧通道入口连接；所述第二回热器的低压侧通道出口通过所述第一阀门和管路与所述第三回热器的低压侧通道入口连接，并通过所述第二阀门和管路与所述第一压缩机的入口连接；所述第三回热器的低压侧通道出口通过所述第三阀门和管路与所述气体冷却器的入口连接，并通过所述第四阀门和管路与所述第二压缩机的入口连接；所述气体冷却器的出口通过管路与所述第三压缩机的入口连接，所述第一压缩机的出口通过管路与所述第一回热器的高压侧通道入口连接，所述第二压缩机的出口通过管路与所述第二回热器的高压侧通道入口连接，所述第三压缩机的出口通过管路与所述第三回热器的高压侧通道入口连接；所述第三回热器的高压侧通道出口通过管路与所述第二回热器的高压侧通道入口连接，所述第二回热器的高压侧通道出口通过管路与所述第一回热器的高压侧通道入口连接，所述第一回热器的高压侧通道出口通过管路与所述塔式太阳能吸收器连接。
[0009]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明方法以CO2为工质，以塔式太阳能吸收器作为加热热源，将超临界0)2透平作为能量转换设备，气体冷却器作为向环境介质放热的设备，通过多级回热器使乏汽温度逐级降低，配合多级乏汽分流阀门和多级压缩机调节各级回热器中的流量，充分利用CO2乏汽余热，降低能量消耗，进而实现了高效地将太阳能转换为电能。2、本发明装置由于设置了多级CO2乏汽分流阀门、多级压缩机和多级回热器，因此通过阀门的抽气分流，降低了进入气体冷却器内CO2乏汽的流量，使得0)2循环向环境介质释放的热量大大降低；特别是通过阀门的抽气分流，以及相应的第一压缩机和第二压缩机压缩后的错位回注，调节各级回热器中低压侧和高压侧流体的流量，使每级回热器中两股不同压力的CO2的热容相近，进而保证了二者的传热温差最优，有效地减少了传热过程中的不可逆损失，保证了 CO2乏汽中的热量被充分地回收利用。3、本发明装置由于采用通过多级回热，CO2乏汽中的绝大部分热量被高压侧0)2流体吸收，降低了 0)2在塔式太阳能吸收器中需要吸收的热量；通过减少传热温差、回收0)2乏汽热量以及降低向环境介质的放热量，最终大幅提高了太阳能的转换效率。本发明可以广泛应用于太阳能发电过程中。
【附图说明】
[0010]图1是本发明以CO2为工质的太阳能发电系统的结构示意图
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0012]本发明以CO2为工质的太阳能发电系统包括塔式太阳能吸收器1、超临界CO 2透平2、第一回热器3、第二回热器4、第三回热器5、第一压缩机6、第二压缩机7、第三压缩机8、气体冷却器9、第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12、第四阀门13。其中，回热器的级数、压缩机的级数和分流阀门的数量，可以根据塔式太阳能吸收器的集热参数以及气体冷却器中环境介质能够提供的冷却温度精确设计，以达到最优的热转换效率。
[0013]塔式太阳能吸收器I通过管路与超临界0)2透平2的入口连接，超临界0)2透平2的出口通过管路与第一回热器3的低压侧通道入口连接，第一回热器3的低压侧通道出口与第二回热器4的低压侧通道入口连接。第二回热器4的低压侧通道出口通过第一阀门10和管路与第三回热器5的低压侧通道入口连接，并通过第二阀门11和管路与第一压缩机6的入口连接；第三回热器5的低压侧通道出口通过第三阀门12和管路与气体冷却器9的入口连接，并通过第四阀门13和管路与第二压缩机7的入口连接，气体冷却器9的出口通过管路与第三压缩机8的入口连接。第一压缩机6通过管路与第一回热器3的高压侧通道入口连接；第二压缩机7通过管路与第二回热器4的高压侧通道入口连接；第三压缩机8的出口通过管路与第三回热器5的高压侧通道入口连接；第三回热器5的高压侧通道出口通过管路与第二回热器4的高压侧通道入口连接，第二回热器4的高压侧通道出口通过管路与第一回热器3的高压侧通道入口连接，第一回热器3的高压侧通道出口通过管路与塔式太阳能吸收器I的入口连接。
[0014]本发明方法以CO2为工质、以塔式太阳能吸收器I作为加热热源，使0)2在塔式太阳能吸收器I中吸收太阳能热量后温度升高到500°C?1500°C ;超临界的CO2进入作为能量转换设备的超临界CO2透平