一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)

技術領域

1.本實用新型涉及太陽能發(fā)電技術領域，特別涉及一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術：

2.太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，由于太陽能光熱發(fā)電理論上可以達到與太陽溫度一樣的高溫，而眾所周知，溫度越高熱效率越高，所以太陽能光熱發(fā)電越發(fā)受到重視。

3.光熱發(fā)電需要將光能轉換為熱能，再通過熱力循環(huán)實現熱電轉換，目前在眾多熱力循環(huán)當中，超臨界布雷頓循環(huán)是一種最有優(yōu)勢的循環(huán)形式。新型超臨界工質二氧化碳、氦氣和氧化二氮等具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡單等先天優(yōu)勢，可以大幅提高熱功轉換效率，減小設備體積，具有很高的經濟性。尤其是當熱端溫度達到500℃以上后超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的優(yōu)勢會隨著溫度越來越明顯，其熱效率會逐漸拉開與傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)或其他工質循環(huán)的距離。

4.但是目前塔式太陽能的集熱溫度并不高，其中材料問題占了很大一部分原因，目前實際應用于汽輪機組發(fā)電的高溫材料在620℃以內，遠低于太陽能集熱器可以達到的熱源溫度，另外，太陽能光熱發(fā)電一般必須考慮儲熱，大型儲熱裝置一般布置在地面上，因此在塔頂的集熱器與儲熱裝置以及發(fā)電機組的距離會比較遠，加之效率較高的發(fā)電機組主汽壓力都比較，因此管壁非常厚，若都采用能夠耐高溫的合金材料制作管道，并且輸送如此遠距離，費用將十分巨大，顯然不能被接受。

技術實現要素：

5.為了克服以上技術問題，本實用新型的目的在于提供一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具有減少材料費用，發(fā)電效率高的特點。

6.為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

7.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機1，壓氣機1的出口與空氣回熱器2的低溫側入口連通，空氣回熱器2的低溫側出口與空氣渦輪3入口連通，空氣渦輪3的出口與太陽能集熱器4的入口相連通，太陽能集熱器4的出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側出口與空氣換熱器2的高溫側入口相連通，空氣換熱器2的高溫側出口與外界空氣相連通；

8.二氧化碳透平6的出口與二氧化碳回熱器7的高溫側入口相連通，二氧化碳回熱器7的高溫側出口與預冷器8的二氧化碳側入口相連通，預冷器8的二氧化碳側出口與二氧化碳壓縮機9的入口相連通，二氧化碳壓縮機9的出口與二氧化碳回熱器7的低溫側入口相連通，二氧化碳回熱器7的低溫側出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側出口與二氧化碳透平6的入口相連通。

9.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的方法，首先壓氣機1從外

界大氣中吸收空氣進行壓縮，然后送入空氣回熱器2冷側吸收熱量，被加熱后的壓縮空氣進入空氣渦輪3膨脹做功，膨脹后的低壓空氣進入太陽能集熱器4吸收熱量，被加熱到高溫的空氣進入空氣

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二氧化碳換熱器5進行放熱，放熱后的空氣仍然具有較高溫度，然后進入空氣回熱器2的熱側繼續(xù)放熱，最后排出到外界大氣之中；

10.超臨界二氧化碳循環(huán)為閉式循環(huán)，在空氣

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二氧化碳換熱器5中吸收了高溫空氣釋放的熱量之后的高壓超臨界二氧化碳進入二氧化碳透平6做功，膨脹做功之后變?yōu)榈蛪撼R界二氧化碳，低壓超臨界二氧化碳首先進入二氧化碳回熱器7熱側釋放余熱，然后進入預冷器8繼續(xù)被冷卻，被冷卻后的低壓低溫超臨界二氧化碳進入二氧化碳壓縮機9被增壓，增壓后的超臨界二氧化碳進入二氧化碳回熱器7冷側吸收熱量，然后再進入空氣

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二氧化碳換熱器5繼續(xù)吸收熱量，最終達到最高溫度，最后進入二氧化碳透平6完成最終循環(huán)。

11.本實用新型的有益效果：

12.本實用新型所述的一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，首先采用空氣布雷頓循環(huán)透平的排氣作為太陽能集熱器的吸熱工質，壓力接近常壓，因此集熱器，以及輸送流體的通道材料可以選用常用采用，不用考慮高溫下強度的問題。當高溫熱流體輸送到儲能系統(tǒng)以及機組附近后再選用高溫合金材料，這樣可以大大減少材料費用。另外，本實用新型采用了超臨界二氧化碳發(fā)電機組，它具有體積小的特點，也可以減少材料消耗。加上本系統(tǒng)采用了空氣布雷頓循環(huán)與超臨界二氧化碳發(fā)電機組相結合，發(fā)電效率會更加高。

附圖說明

13.圖1為本實用新型的結構示意圖。

14.其中，壓氣機1、空氣回熱器2、空氣渦輪3、太陽能集熱器4、空氣

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二氧化碳換熱器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回熱器7、預冷器8、二氧化碳壓縮機9。

具體實施方式

15.下面結合實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

16.參考圖1，本實用新型所述的一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機1、空氣回熱器2、空氣渦輪3、太陽能集熱器4、空氣

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二氧化碳換熱器5、二氧化碳透平6、二氧化碳回熱器7、預冷器8、二氧化碳壓縮機9，壓氣機1的入口與外界空氣相連通，壓氣機1的出口與空氣回熱器2的低溫側入口連通，空氣回熱器2的低溫側出口與空氣渦輪入口連通，空氣渦輪3的出口與太陽能集熱器4的入口相連通，太陽能集熱器4的出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的空氣側出口與空氣換熱器2的高溫側入口相連通，空氣換熱器2的高溫側出口與外界空氣相連通，二氧化碳透平6的出口與二氧化碳回熱器7的高溫側入口相連通，二氧化碳回熱器7的高溫側出口與預冷器8的二氧化碳側入口相連通，預冷器8的二氧化碳側出口與二氧化碳壓縮機9的入口相連通，二氧化碳壓縮機9的出口與二氧化碳回熱器7的低溫側入口相連通，二氧化碳回熱器7的低溫側出口與空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器5的二氧化碳側出口與二氧化碳透平6的入口相連通。

17.該系統(tǒng)首先采用空氣布雷頓循環(huán)透平的排氣作為太陽能集熱器的吸熱工質，壓力

接近常壓，因此集熱器，以及輸送流體的通道材料可以選用常用采用，不用考慮高溫下強度的問題。當高溫熱流體輸送到儲能系統(tǒng)以及機組附近后再選用高溫合金材料，這樣可以大大減少材料費用。另外，本實用新型采用了超臨界二氧化碳發(fā)電機組，它具有體積小的特點，也可以減少材料消耗。加上本系統(tǒng)采用了空氣布雷頓循環(huán)與超臨界二氧化碳發(fā)電機組相結合，發(fā)電效率會更加高。

18.本實用新型的具體工作過程為：

19.首先壓氣機1從外界大氣中吸收空氣進行壓縮，然后送入空氣回熱器2冷側吸收熱量，被加熱后的壓縮空氣進入空氣渦輪3膨脹做功，膨脹后的低壓空氣進入太陽能集熱器4吸收熱量，被加熱到高溫的空氣進入空氣

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二氧化碳換熱器5進行放熱，放熱后的空氣仍然具有較高溫度，然后進入空氣回熱器2的熱側繼續(xù)放熱，最后排出到外界大氣之中；

20.超臨界二氧化碳循環(huán)為閉式循環(huán)，在空氣

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二氧化碳換熱器5中吸收了高溫空氣釋放的熱量之后的高壓超臨界二氧化碳進入二氧化碳透平6做功，膨脹做功之后變?yōu)榈蛪撼R界二氧化碳，低壓超臨界二氧化碳首先進入二氧化碳回熱器7熱側釋放余熱，然后進入預冷器8繼續(xù)被冷卻，被冷卻后的低壓低溫超臨界二氧化碳進入二氧化碳壓縮機9被增壓，增壓后的超臨界二氧化碳進入二氧化碳回熱器7冷側吸收熱量，然后再進入空氣

?

二氧化碳換熱器5繼續(xù)吸收熱量，最終達到最高溫度，最后進入二氧化碳透平6完成最終循環(huán)。

21.以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。技術特征：

1.一種超臨界co2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括壓氣機(1)，壓氣機(1)的出口與空氣換熱器(2)的低溫側入口連通，空氣換熱器(2)的低溫側出口與空氣渦輪(3)入口連通，空氣渦輪(3)的出口與太陽能集熱器(4)的入口相連通，太陽能集熱器(4)的出口與空氣

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二氧化碳換熱器(5)的空氣側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器(5)的空氣側出口與空氣換熱器(2)的高溫側入口相連通，空氣換熱器(2)的高溫側出口與外界空氣相連通；二氧化碳透平(6)的出口與二氧化碳回熱器(7)的高溫側入口相連通，二氧化碳回熱器(7)的高溫側出口與預冷器(8)的二氧化碳側入口相連通，預冷器(8)的二氧化碳側出口與二氧化碳壓縮機(9)的入口相連通，二氧化碳壓縮機(9)的出口與二氧化碳回熱器(7)的低溫側入口相連通，二氧化碳回熱器(7)的低溫側出口與空氣

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二氧化碳換熱器(5)的二氧化碳側入口相連通，空氣

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二氧化碳換熱器(5)的二氧化碳側出口與二氧化碳透平(6)的入口相連通。

技術總結

一種超臨界CO2與空氣布雷頓聯合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括壓氣機，壓氣機依次連接空氣回熱器、空氣渦輪、太陽能集熱器和空氣

技術研發(fā)人員：高煒 張一帆 張磊 吳帥帥 喬永強 張純

受保護的技術使用者：西安熱工研究院有限公司

技術研發(fā)日：2020.09.02

技術公布日：2021/4/13