適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法技術(shù)

適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法，以CO

Method for carbon dioxide cycle power generation adapted to rural areas

Adapted to the country's carbon dioxide cycle power generation approach to CO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法
本專利技術(shù)涉及低碳與能源
，尤其涉及一種以二氧化碳為工質(zhì)，利用太陽(yáng)能和生物質(zhì)為能源的適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法。
技術(shù)介紹
氣候變化已成為影響人類生存和發(fā)展的問題之一，而大量的二氧化碳排放被認(rèn)為是導(dǎo)致氣候變暖的主要原因，我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，以煤炭為主的一次能源和以火力發(fā)電為主的二次能源結(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟(jì)總量的迅速增長(zhǎng)，一次能源和二次能源的CO2排放具有增長(zhǎng)快、總量大的特點(diǎn)，為應(yīng)對(duì)氣候變化發(fā)展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成為人們的共識(shí)，生物質(zhì)發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電及超臨界二氧化碳發(fā)電等已受到廣泛關(guān)注。今天，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)已成熟應(yīng)用，但由于現(xiàn)有的生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)龐大、投資也很高，不適宜于地域廣大而分散的鄉(xiāng)村，加之運(yùn)輸成本問題不宜遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，導(dǎo)致大量的生物質(zhì)如秸稈、稻草等被遺棄或就地焚燒，嚴(yán)重污染環(huán)境，也影響空中飛行安全，雖然各級(jí)政府年年依法嚴(yán)查督辦，但在電費(fèi)仍昂貴乃至缺電的鄉(xiāng)村，大量的生物質(zhì)被就地焚燒大區(qū)域污染空氣影響航空安全的事件仍屢禁不止。究其原因是缺少一種適應(yīng)于廣大鄉(xiāng)村的生物質(zhì)發(fā)電方法。而另一方面，投資僅數(shù)千元至數(shù)十萬(wàn)元不等的各類中小型燃煤沸騰爐、爐排爐、層燃爐及以高硫石煤為燃料的改進(jìn)型沸騰爐在廣大鄉(xiāng)村乃至鄉(xiāng)鎮(zhèn)縣城上得以普遍采用。而隨CCS技術(shù)應(yīng)用發(fā)展起來的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)較傳統(tǒng)的熱能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)熱效率、總重及占地面積、污染物排放等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用上尚存在諸多的瓶頸，其一，現(xiàn)有的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，客觀上要求用高效換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)，因此，現(xiàn)行超臨界二氧化碳試驗(yàn)環(huán)路的熱交換大多使用印制電路板熱交換器（PCHE），它適用于高工作溫度和高工作壓力，并具有良好的擴(kuò)展能力，能滿足用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)的要求，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，投資大；其二，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括熱源、高速渦輪機(jī)、高速發(fā)電機(jī)、高速壓氣機(jī)、冷卻器等，其循環(huán)過程為超臨界二氧化碳經(jīng)壓縮機(jī)升壓——用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)——工質(zhì)進(jìn)入渦輪機(jī)推動(dòng)渦輪做功帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電——工質(zhì)進(jìn)入冷卻器——再進(jìn)入壓縮機(jī)形成閉式循環(huán)，系統(tǒng)投資大；其三，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)要求壓縮機(jī)參數(shù)處于近臨界點(diǎn)，降低換熱端差，其壓縮機(jī)壓縮過程中壓縮功仍占渦輪輸出功的30%以上，實(shí)際運(yùn)用的壓縮過程中壓縮功仍占到渦輪輸出功的40%到50%，即系統(tǒng)的壓縮機(jī)自耗能仍偏高；再者，其系統(tǒng)循環(huán)的高效率需建立在冷凝器出口即壓氣機(jī)吸入口（循環(huán)起點(diǎn)）的二氧化碳仍處于32℃、7.4MPa超臨界狀態(tài)的臨界點(diǎn)上，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制難度大，仍需要開展控制研究。顯然，現(xiàn)有的超臨界CO2循環(huán)發(fā)電技術(shù)方案并不適合我國(guó)鄉(xiāng)村。在利用太陽(yáng)能發(fā)電方面，以水為工質(zhì)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)已成熟應(yīng)用，以CO2為工質(zhì)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的技術(shù)工作者亦進(jìn)行了大量的研究，采用的較為成熟的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)方案為槽式太陽(yáng)能集熱器、塔式太陽(yáng)能集熱器、碟式太陽(yáng)能集熱器之一或其組合，但上述方案存在三個(gè)基本問題難以解決，其一，占用場(chǎng)地大，投資大，且太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)場(chǎng)址的選擇要求高，一般的鄉(xiāng)村場(chǎng)址不能滿足建設(shè)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的要求，而且，現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的大空間場(chǎng)對(duì)生態(tài)影響大，連飛鳥都不能及；其二，只能白天發(fā)電，晚上即停，為此，有研究者提供了白天以熔鹽等材料蓄熱留給晚上發(fā)電的技術(shù)方案，但以大量的熔鹽等材料蓄集熱能方案先不論投資大小及可行性，對(duì)于鄉(xiāng)村的環(huán)境和人員素質(zhì)來說必然存在安全隱患和環(huán)境污染隱患；其三是隨白天的日照強(qiáng)度及太陽(yáng)光移動(dòng)供給超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機(jī)的超臨界二氧化碳的溫度和壓力變化，導(dǎo)致輸出電能及電壓、電流波動(dòng)大，過大過頻的輸出電能及電壓、電流的波動(dòng)將極不利于生活用電和生產(chǎn)用電。現(xiàn)有的各類利用太陽(yáng)能發(fā)電方法與廣闊的鄉(xiāng)村狀況大多極不匹配。鑒于此，迫切需要開發(fā)一種適應(yīng)于鄉(xiāng)村狀況的、利于廣闊鄉(xiāng)村節(jié)能減排的超臨界CO2發(fā)電的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可就近利用鄉(xiāng)村中量大的可再生生物質(zhì)資源和太陽(yáng)能為能源、且運(yùn)行穩(wěn)定、自耗能低、投資低、運(yùn)行成本低的適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法，以CO2為工質(zhì)，采用生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和太陽(yáng)能CO2蓄能裝置將生物質(zhì)能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體，經(jīng)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界CO2流體，供渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述太陽(yáng)能CO2蓄能裝置包括集光CO2蓄能裝置和透鏡聚能裝置，主要包括以下步驟：（1）CO2的儲(chǔ)存與輸送設(shè)置液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存CO2；以高壓泵/壓縮機(jī)將液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中的液態(tài)CO2壓送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置中和太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中；（2）CO2蓄能將步驟（1）送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置中的CO2直接吸收生物質(zhì)爐中生物質(zhì)燃料燃燒釋放的700℃～1500℃高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體，送入集光CO2蓄能裝置中的CO2吸收蓄集80℃～300℃的日光熱能后，進(jìn)入透鏡聚能裝置繼續(xù)吸收凸透鏡聚焦陽(yáng)光產(chǎn)生的300℃～1000℃高溫?zé)崮埽D(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體；（3）超臨界CO2流體調(diào)質(zhì)與發(fā)電將步驟（2）生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和透鏡聚能裝置產(chǎn)生的波動(dòng)的和/或不同溫度不同熱能密度的高壓熱態(tài)CO2流體送入穩(wěn)流調(diào)節(jié)器，經(jīng)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界CO2熱流體，供渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電力經(jīng)供配電裝置調(diào)控供生活/生產(chǎn)用電，或供電網(wǎng)外賣，經(jīng)渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功釋能后排出低壓CO2流體；（4）CO2循環(huán)與回?zé)崂脤⒉襟E（3）渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功后排出的低壓CO2流體經(jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮后送入液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中供循環(huán)蓄能發(fā)電，或直接送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電；或送入回?zé)崞鳎?jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮/高壓泵泵送后，返回回?zé)崞骰厥沼酂幔偎腿肷镔|(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電；或送入回?zé)崞鳎?jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮/高壓泵泵送后，直接送入液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中供循環(huán)蓄能發(fā)電，或直接送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電。進(jìn)一步，所述的生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置主要包括生物質(zhì)爐和設(shè)置于生物質(zhì)爐內(nèi)的CO2蓄能機(jī)構(gòu)；所述的生物質(zhì)爐是指以秸稈稻草枝葉等生物質(zhì)為燃料的爐，包括鄉(xiāng)村居民家用沸騰爐和/或爐排爐和/或?qū)尤紶t等；所述的CO2蓄能機(jī)構(gòu)含熱交換器。進(jìn)一步，所述的集光CO2蓄能裝置主要包括中溫蓄能機(jī)構(gòu)、反射機(jī)構(gòu)、蓄熱材料和隔熱材料，所述反射機(jī)構(gòu)將太陽(yáng)光能聚集至中溫蓄能機(jī)構(gòu)的集光面上，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)設(shè)置在蓄熱材料中，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)的非集光面為隔熱材料所包覆。所述的透鏡聚能裝置主要包括高溫蓄能機(jī)構(gòu)、凸透鏡機(jī)構(gòu)、蓄熱材料和隔熱材料和，所述凸透鏡機(jī)將太陽(yáng)光能聚焦至高溫蓄能機(jī)構(gòu)的聚光面上，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)設(shè)置在蓄熱材料中，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)的非聚光面為隔熱材料所包覆。進(jìn)一步，所述的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法，其特征在于，以CO

【技術(shù)特征摘要】
1.適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循環(huán)發(fā)電的方法，其特征在于，以CO2為工質(zhì)，采用生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和太陽(yáng)能CO2蓄能裝置將生物質(zhì)能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體，經(jīng)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界CO2流體，供渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述太陽(yáng)能CO2蓄能裝置包括集光CO2蓄能裝置和透鏡聚能裝置，主要包括以下步驟：（1）CO2的儲(chǔ)存與輸送設(shè)置液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存CO2；以高壓泵/壓縮機(jī)將液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中的液態(tài)CO2壓送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置中和太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中；（2）CO2蓄能將步驟（1）送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置中的CO2直接吸收生物質(zhì)爐中生物質(zhì)燃料燃燒釋放的700℃～1500℃高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體；送入集光CO2蓄能裝置中的CO2吸收蓄集80℃～300℃的日光熱能后，進(jìn)入透鏡聚能裝置繼續(xù)吸收凸透鏡聚焦陽(yáng)光產(chǎn)生的300℃～1000℃高溫?zé)崮埽D(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO2流體；（3）超臨界CO2流體調(diào)質(zhì)與發(fā)電將步驟（2）生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和透鏡聚能裝置產(chǎn)生的波動(dòng)的和/或不同溫度不同熱能密度的高壓熱態(tài)CO2流體送入穩(wěn)流調(diào)節(jié)器，經(jīng)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界CO2流體，供渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電力經(jīng)供配電裝置調(diào)控供生活/生產(chǎn)用電，或供電網(wǎng)外賣，經(jīng)渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功后排出低壓CO2流體；（4）CO2循環(huán)與回?zé)崂脤⒉襟E（3）渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)作功后排出的低壓CO2流體經(jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮后直接送入液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中供循環(huán)蓄能發(fā)電，或直接送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電；或送入回?zé)崞鳎?jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮/高壓泵泵送后，返回回?zé)崞骰厥沼酂幔偎腿肷镔|(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電；或送入回?zé)崞鳎?jīng)冷卻器冷卻和壓縮機(jī)壓縮/高壓泵泵送后，直接送入液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐中供循環(huán)蓄能發(fā)電，或直接送入生物質(zhì)爐CO2蓄能裝置和/或太陽(yáng)能CO2蓄能裝置的集光CO2蓄能裝置中蓄能循環(huán)發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于鄉(xiāng)村的二氧化碳循...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹小林，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長(zhǎng)沙紫宸科技開發(fā)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南,43