[发明专利]中低温太阳能与化石燃料热化学互补的发电系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种中低温太阳能与化石燃料热化学互补的发电系统与方法，特别是一种利用低聚光比太阳能聚光装置将中低品位太阳能转换为高品位太阳能燃料并实现发电的系统及方法。

背景技术

随着人类社会的发展进步，由于提高生活水平和推动社会发展的需要，人类对于能源的需求日益增加，而传统化石能源总量有限，不可再生，同时化石能源的使用过程伴随着严重的污染物产生和温室气体排放。日益枯竭的化石能源和人类不断增加的能源需求，以及对环境保护的迫切要求形成了尖锐的矛盾，严重影响人类的可持续发展。开发和利用太阳能等清洁的可再生能源是缓解能源供需矛盾，保护自然环境，实现可持续发展的重要途径。

太阳能具有储量无限性、清洁性的特点，开发和利用太阳能对于满足人类日益增长的能源需求、减少温室气体排放具有重要意义。由于太阳能本身具有能量密度低、不稳定、不连续等特点，单独太阳能热发电利用技术的发电效率仅为10％-17％，并存在蓄能成本高等问题。

太阳能热化学技术是太阳能热利用技术的一种，它通过吸热化学反应过程，将所聚集的太阳能转化为燃料的化学能，转化后的燃料可以实现蓄存和高效发电，从而实现太阳热能的蓄存和太阳能的高效利用。

目前国际上对太阳能热化学的研究集中于反应温度600℃以上的高温热化学技术，主要包括太阳能高温分解水制氢、太阳能驱动化石能源制氢等方向。但高温热化学过程需要昂贵的太阳能聚光装置，聚集高品位的太阳能，以提供反应所需热能，同时高温太阳能热化学过程存在集热效率低、太阳跟踪困难、对反应器材料要求高等难点与瓶颈，难以实现大规模推广应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的是提出一种中低温太阳能与化石燃料热化学互补的发电系统及方法，以大幅提高太阳能净发电效率，降低操作温度以实现降低发电成本，并通过化学蓄能来突破太阳能热发电系统输出不稳定的技术瓶颈。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种中低温太阳能与化石燃料热化学互补的发电系统，该系统包括：

原料供应装置，用于贮存化石燃料，并将贮存的化石燃料输出给原料混合装置；

原料混合装置，用于接收并混合来自原料供应装置中的化石燃料和来自气液分离器中分离出来的未反应物，并将得到的混合物输出给原料计量装置；

原料计量装置，用于控制单位时间内原料进入原料预热装置的量，根据太阳能资源和用户端需求将接收自原料混合装置的原料按一定的速率输出给原料预热装置；

原料预热装置，利用动力发电设备的排烟余热加热接收自原料计量装置的原料，产生化石燃料蒸气输出给太阳能吸收反应器；

太阳能吸收反应器，利用吸收的太阳能热量驱动接收自原料预热装置的化石燃料蒸气在催化剂作用下进行分解或重整反应，将太阳能转换为富氢的燃料化学能，产生太阳能燃料；

太阳能集热器，用于以线性聚焦方式将低能流密度的太阳能聚集成高能流密度的中低温热能，为太阳能吸收反应器中的化石燃料转换太阳能燃料反应提供热量；

冷凝器，用于冷却接收自太阳能吸收反应器的反应产物，并将冷却后的反应产物输出给气液分离器；

气液分离器，用于对接收自冷凝器冷却的混合物进行气液分离，分离后得到的气相反应产物输出到燃料分流装置，得到的液相反应产物输出给原料混合装置；

燃料分流装置，根据太阳能资源和用户用能需要控制流向动力发电设备与储气罐的太阳能燃料流量，从而实现太阳能热化学互补发电系统的调控；

储气罐，在太阳能资源充足时，将过量的太阳能燃料蓄存起来，实现化学蓄能；在太阳能资源不足时，储气罐中的太阳能燃料补充进入动力发电设备，实现系统输出调控；

动力发电设备，以太阳能燃料作为燃料，驱动发电机组发电并输出电功。

为达到上述目的，本发明还提供了一种中低温太阳能与化石燃料热化学互补的发电方法，应用于所述的系统，该方法包括：

A、原料混合装置将原料供应装置输入的化石燃料和气液分离器输入的未反应物充分混合，并输出给原料计量装置；

B、原料计量装置将原料混合装置输入的原料按一定的速率输出给预热器，预热器对接收的原料进行预热，然后输出给太阳能吸收反应器；

C、太阳能吸收反应器利用吸收的太阳能热量供接收自预热器的原料在自身的反应管中发生分解或重整反应，反应产物进入冷凝器；