阅读说明：本技术 一种超临界co2与空气联合循环太阳能发电系统及方法 (Supercritical CO2 and air combined cycle solar power generation system and method ) 是由 高炜 张一帆 张磊 吴帅帅 乔永强 张纯 于 2020-09-02 设计创作，主要内容包括：一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统及方法,包括压气机,压气机依次连接空气回热器、空气涡轮、太阳能集热器和空气-二氧化碳换热器,空气-二氧化碳换热器的出口与空气换热器的入口相连通,空气换热器的出口与外界空气相连通；二氧化碳透平的出口与二氧化碳回热器的入口相连通,二氧化碳回热器的出口与预冷器的入口相连通,预冷器的出口与二氧化碳压缩机的入口相连通,二氧化碳压缩机的出口与二氧化碳回热器的入口相连通,二氧化碳回热器的出口与空气-二氧化碳换热器的入口相连通,空气-二氧化碳换热器的出口与二氧化碳透平的入口相连通。本发明具有减少材料费用,发电效率高的特点。(A supercritical CO2 and air combined cycle solar power generation system, a supercritical CO2 and air combined cycle solar power generation system and a method thereof, comprises a gas compressor, wherein the gas compressor is sequentially connected with an air heat regenerator, an air turbine, a solar heat collector and an air-carbon dioxide heat exchanger, the outlet of the air-carbon dioxide heat exchanger is communicated with the inlet of the air heat exchanger, and the outlet of the air heat exchanger is communicated with the outside air; the outlet of the carbon dioxide turbine is communicated with the inlet of a carbon dioxide heat regenerator, the outlet of the carbon dioxide heat regenerator is communicated with the inlet of a precooler, the outlet of the precooler is communicated with the inlet of a carbon dioxide compressor, the outlet of the carbon dioxide compressor is communicated with the inlet of the carbon dioxide heat regenerator, the outlet of the carbon dioxide heat regenerator is communicated with the inlet of an air-carbon dioxide heat exchanger, and the outlet of the air-carbon dioxide heat exchanger is communicated with the inlet of the carbon dioxide turbine. The invention has the characteristics of reduced material cost and high power generation efficiency.)

一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统及方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统及方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，由于太阳能光热发电理论上可以达到与太阳温度一样的高温，而众所周知，温度越高热效率越高，所以太阳能光热发电越发受到重视。

光热发电需要将光能转换为热能，再通过热力循环实现热电转换，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质二氧化碳、氦气和氧化二氮等具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。尤其是当热端温度达到500℃以上后超临界二氧化碳布雷顿循环的优势会随着温度越来越明显，其热效率会逐渐拉开与传统蒸汽循环或其他工质循环的距离。

但是目前塔式太阳能的集热温度并不高，其中材料问题占了很大一部分原因，目前实际应用于汽轮机组发电的高温材料在620℃以内，远低于太阳能集热器可以达到的热源温度，另外，太阳能光热发电一般必须考虑储热，大型储热装置一般布置在地面上，因此在塔顶的集热器与储热装置以及发电机组的距离会比较远，加之效率较高的发电机组主汽压力都比较，因此管壁非常厚，若都采用能够耐高温的合金材料制作管道，并且输送如此远距离，费用将十分巨大，显然不能被接受。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统及方法，具有减少材料费用，发电效率高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统，包括压气机1，压气机1的出口与空气回热器2的低温侧入口连通，空气回热器2的低温侧出口与空气涡轮3入口连通，空气涡轮3的出口与太阳能集热器4的入口相连通，太阳能集热器4的出口与空气-二氧化碳换热器5的空气侧入口相连通，空气-二氧化碳换热器5的空气侧出口与空气换热器2的高温侧入口相连通，空气换热器2的高温侧出口与外界空气相连通；

二氧化碳透平6的出口与二氧化碳回热器7的高温侧入口相连通，二氧化碳回热器7的高温侧出口与预冷器8的二氧化碳侧入口相连通，预冷器8的二氧化碳侧出口与二氧化碳压缩机9的入口相连通，二氧化碳压缩机9的出口与二氧化碳回热器7的低温侧入口相连通，二氧化碳回热器7的低温侧出口与空气-二氧化碳换热器5的二氧化碳侧入口相连通，空气-二氧化碳换热器5的二氧化碳侧出口与二氧化碳透平6的入口相连通。

一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统的方法，首先压气机1从外界大气中吸收空气进行压缩，然后送入空气回热器2冷侧吸收热量，被加热后的压缩空气进入空气涡轮3膨胀做功，膨胀后的低压空气进入太阳能集热器4吸收热量，被加热到高温的空气进入空气-二氧化碳换热器5进行放热，放热后的空气仍然具有较高温度，然后进入空气回热器2的热侧继续放热，最后排出到外界大气之中；

超临界二氧化碳循环为闭式循环，在空气-二氧化碳换热器5中吸收了高温空气释放的热量之后的高压超临界二氧化碳进入二氧化碳透平6做功，膨胀做功之后变为低压超临界二氧化碳，低压超临界二氧化碳首先进入二氧化碳回热器7热侧释放余热，然后进入预冷器8继续被冷却，被冷却后的低压低温超临界二氧化碳进入二氧化碳压缩机9被增压，增压后的超临界二氧化碳进入二氧化碳回热器7冷侧吸收热量，然后再进入空气-二氧化碳换热器5继续吸收热量，最终达到最高温度，最后进入二氧化碳透平6完成最终循环。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统，首先采用空气布雷顿循环透平的排气作为太阳能集热器的吸热工质，压力接近常压，因此集热器，以及输送流体的通道材料可以选用常用采用，不用考虑高温下强度的问题。当高温热流体输送到储能系统以及机组附近后再选用高温合金材料，这样可以大大减少材料费用。另外，本发明采用了超临界二氧化碳发电机组，它具有体积小的特点，也可以减少材料消耗。加上本系统采用了空气布雷顿循环与超临界二氧化碳发电机组相结合，发电效率会更加高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，压气机1、空气回热器2、空气涡轮3、太阳能集热器4、空气-二氧化碳换热器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回热器7、预冷器8、二氧化碳压缩机9。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1，本发明所述的一种超临界CO2与空气联合循环太阳能发电系统，包括压气机1、空气回热器2、空气涡轮3、太阳能集热器4、空气-二氧化碳换热器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回热器7、预冷器8、二氧化碳压缩机9，压气机1的入口与外界空气相连通，压气机1的出口与空气回热器2的低温侧入口连通，空气回热器2的低温侧出口与空气涡轮入口连通，空气涡轮3的出口与太阳能集热器4的入口相连通，太阳能集热器4的出口与空气-二氧化碳换热器5的空气侧入口相连通，空气-二氧化碳换热器5的空气侧出口与空气换热器2的高温侧入口相连通，空气换热器2的高温侧出口与外界空气相连通，二氧化碳透平6的出口与二氧化碳回热器7的高温侧入口相连通，二氧化碳回热器7的高温侧出口与预冷器8的二氧化碳侧入口相连通，预冷器8的二氧化碳侧出口与二氧化碳压缩机9的入口相连通，二氧化碳压缩机9的出口与二氧化碳回热器7的低温侧入口相连通，二氧化碳回热器7的低温侧出口与空气-二氧化碳换热器5的二氧化碳侧入口相连通，空气-二氧化碳换热器5的二氧化碳侧出口与二氧化碳透平6的入口相连通。

该系统首先采用空气布雷顿循环透平的排气作为太阳能集热器的吸热工质，压力接近常压，因此集热器，以及输送流体的通道材料可以选用常用采用，不用考虑高温下强度的问题。当高温热流体输送到储能系统以及机组附近后再选用高温合金材料，这样可以大大减少材料费用。另外，本发明采用了超临界二氧化碳发电机组，它具有体积小的特点，也可以减少材料消耗。加上本系统采用了空气布雷顿循环与超临界二氧化碳发电机组相结合，发电效率会更加高。

本发明的具体工作过程为：

首先压气机1从外界大气中吸收空气进行压缩，然后送入空气回热器2冷侧吸收热量，被加热后的压缩空气进入空气涡轮3膨胀做功，膨胀后的低压空气进入太阳能集热器4吸收热量，被加热到高温的空气进入空气-二氧化碳换热器5进行放热，放热后的空气仍然具有较高温度，然后进入空气回热器2的热侧继续放热，最后排出到外界大气之中；

超临界二氧化碳循环为闭式循环，在空气-二氧化碳换热器5中吸收了高温空气释放的热量之后的高压超临界二氧化碳进入二氧化碳透平6做功，膨胀做功之后变为低压超临界二氧化碳，低压超临界二氧化碳首先进入二氧化碳回热器7热侧释放余热，然后进入预冷器8继续被冷却，被冷却后的低压低温超临界二氧化碳进入二氧化碳压缩机9被增压，增压后的超临界二氧化碳进入二氧化碳回热器7冷侧吸收热量，然后再进入空气-二氧化碳换热器5继续吸收热量，最终达到最高温度，最后进入二氧化碳透平6完成最终循环。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。