一种太阳能热化学冷热电联供系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种太阳能热化学冷热电联供系统，基于化学能与物理能综合梯级利用原理将太阳能与化石燃料进行互补利用，对内燃机高温段排烟余热以导热油显热的形式进行蓄存，当太阳能热化学反应单元所供合成气不能够满足用户需求时，采用导热油显热驱动的化学回热循环来补充合成气量；提升了太阳能与中低温余热的做功能力，降低了燃料燃烧过程中可用能的损失，在一定程度上减小了太阳能间歇、不稳定性对太阳能利用系统运行稳定性的影响，提升了系统的运行可靠性，实现了太阳能的高效蓄存，以及冷、热、电输出比的灵活调控，能够满足用户实时变化的用能需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能热发电和能源
，尤其是一种太阳能热化学冷热电联供系统。
技术介绍
随着社会的进步和人民生活水平的提高，世界对能源的需求量逐步增加。但是随着能源消耗的主体——化石能源的日益枯竭，世界能源的供需矛盾日益突出。同时化石能源的大量消耗造成了严重的环境问题，威胁着人类的生存环境。我国能源消耗总量由2001年的15.1亿吨标煤增长至2014年的42.6亿吨标煤，相比增长了182.1％。其中，化石能源在总能耗中占比由2001年的92.5％下降到2014年的89.3％。面对日益增长的能源需求，在提高能源利用效率的同时，也应加大对可再生能源的开发力度，逐渐增大可再生能源在总能耗中的占比。太阳能属于可再生能源，具有资源丰富、免费、无污染等优点。太阳能是一种丰富的清洁能源。太阳能投射到地球的总量很高，每秒辐射到地球的总能量相当于500万吨标准煤。其中，我国有2/3的国土年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，特别是在西北和青藏高原地区年平均日照时间长度在2200小时以上。现阶段太阳能主要通过太阳能光伏或太阳能光热的形式进行利用。太阳能光伏发电是指基于光伏效应将太阳能直接转化为电能的技术。传统的太阳能的光热利用，主要是将集热装置获得的太阳辐射能来加热循环工质，驱动动力装置进行发电。全世界范围内，目前已有多个槽式、塔式太阳能光热电站投入商业化运行。美国的SolarTwo塔式太阳能试验电站以及德国Julich电站等均已进行商业化运行。由于太阳能具有能量密度低、间歇性及随季节变化明显等特点，常规的太阳能光热发电系统需要引入储能单元才能连续稳定满足用户的用能需求。现阶段太阳能光热发电仍受运行稳定性较差、发电成本高及太阳能储能技术不够成熟多方面因素的制约，使得在相当长一段时间内，太阳能不能够完全取代化石能源。太阳能热化学主要是利用热化学反应过程，将所聚集的太阳能转化为碳氢燃料的化学能。太阳能热化学过程，一方面将中低温太阳热能以燃料化学能的形式进行蓄存，提升了太阳热能的做功能力；一方面为低能量密度太阳能的高效储存提供了一种途径。太阳能与化石能源互补的热化学能量转化系统可以在太阳能资源丰富的地方进行太阳能热化学过程并进行动力循环，也可以将太阳能转化为二次燃料输送到其他地方进行动力循环等，实现太阳能的储存，解决单独热发电系统发电不稳定、不连续的问题，提高太阳能转化利用效率。同时也可以将太阳能热化学产物与化工工艺集成，实现能量对口、梯级利用。目前太阳能热化学在甲烷重整耦合、煤气化和化石燃料裂解及生物质转化等方面取得了一定的研究进展。澳大利亚在TapioStation建立了世界上首台50MW太阳能驱动天然气水蒸汽重整的示范发电站。YiChengNg等人对太阳能煤炭气化用于联合循环动力输出与传统燃煤朗肯循环和传统联合循环进行比较发现CO2排放量分别降低47％和27％。上述太阳能热化学主要针对聚焦温度在800℃以上的高温太阳热能开展相关研究工作，800℃以上的高温太阳热能转化为燃料化学能的过程中能量品位提升潜力小，太阳能做功能力提升幅度较低。另外，高温太阳能热化学利用过程面临着集热效率低、投资成本高及反应器材料要求高等技术难题。中低温太阳能热化学技术通过燃料的吸热化学转化，将所聚焦的中低温太阳热能转化并存储在燃料的化学能当中，实现了太阳热能品位的大幅提升。在催化剂作用下，150～300℃的太阳热能驱动甲醇发生分解反应生成以H2和CO为主的合成气体。与高温太阳能热化学技术相比，中低温太阳能热化学技术具有太阳热能品位提升幅度大、聚光集热系统建设成本低、反应器制造难度低等优势。太阳能的高效利用有助于减少化石燃料的消耗量，综合考虑系统经济性、运行稳定性以及能源利用效率等，寻求可靠和稳定的太阳能利用手段成为当前亟待解决的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种太阳能热化学冷热电联供系统。(二)技术方案本技术提供了一种太阳能热化学冷热电联供系统，包括：原料供给与预处理单元、太阳能集热反应单元、化学回热单元、产物分离与蓄存单元以及冷热电输出单元；其中，所述原料供给与预处理单元分别连接所述太阳能集热反应单元与所述化学回热单元，所述原料供给与预处理单元将其产生的甲醇蒸汽送至所述太阳能集热反应单元和/或所述化学回热单元；所述太阳能集热反应单元和化学回热单元分别连接所述产物分离与蓄存单元，二者利用甲醇蒸汽产生混合气，并将混合气送至所述产物分离与蓄存单元；所述产物分离与蓄存单元分别连接所述原料供给与预处理单元和冷热电输出单元，所述产物分离与蓄存单元将混合气进行气液分离，分离出的甲醇冷凝液回注到原料供给与预处理单元，分离出的合成气送至冷热电输出单元；所述冷热电输出单元利用合成气发电、加热生活热水并将冷冻水降温，实现电能、热能和冷能联供。优选地，所述原料供给与预处理单元包括第一闸阀V1和第二闸阀V2，所述第一闸阀V1和第二闸阀V2分别连接所述太阳能集热反应单元与化学回热单元。优选地，在太阳辐照不为零且独立依靠所述太阳能集热反应单元满足冷热电输出单元耗气需求的情况下，仅所述第二闸阀V2打开，甲醇蒸汽S3经由第二闸阀V2进入太阳能集热反应单元，所述太阳能集热反应单元产生的合成气进入产物分离与蓄存单元；在太阳辐照不为零但独立依靠所述太阳能集热反应单元不能满足冷热电输出单元耗气需求的情况下，所述第一闸阀V1和第二闸阀V2同时打开，甲醇蒸汽S3分别经由第二闸阀V2、第一闸阀V1进入太阳能集热反应单元和化学回热单元，所述太阳能集热反应单元和化学回热单元产生的合成气均进入产物分离与蓄存单元；在太阳辐照为零的情况下，仅所述第一闸阀V1打开，甲醇蒸汽S3经由第一闸阀V1进入化学回热单元，所述化学回热单元产生的合成气进入产物分离与蓄存单元。优选地，所述产物分离与蓄存单元包括：涡旋分离器9、合成气储罐10、第三闸阀V5及第四闸阀V6，所述第三闸阀V5一端连接涡旋分离器9，另一端连接合成气储罐10，所述第四闸阀V6一端连接涡旋分离器9，另一端连接冷热电输出单元；合成气S10优先经由第四闸阀V6直接通入冷热电输出单元燃烧做功，剩余部分合成气经由第三闸阀V5通入到合成气储罐(10)存储。优选地，所述化学回热单元包括：烟气换热器13；所述冷热电输出单元包括：内燃机发电设备11、双效溴化锂吸收式制冷机组18、第一烟气流量调节阀V7和第二烟气流量调节阀V8，所述第一烟气流量调节阀V7一端连接内燃机发电设备11，另一端连接烟气换热器13，所述烟气换热器13连接双效溴化锂吸收式制冷机组18，所述第二烟气流量调节阀V8一端连接内燃机发电设备11，另一端连接双效溴化锂吸收式制冷机组18。优选地，内燃机发电设备11产生的高温段内燃机排烟S13经由第一烟气流量调节阀V7进入烟气换热器13，所述化学回热单元利用高温段内燃机排烟S13产生混合气，所述高温段内燃机排烟S13还经由第二烟气流量调节阀V8直接通入双效溴化锂吸收式制冷机组18，所述第一烟气流量调节阀V7和第二烟气流量调节阀V8的开度被调节，烟气余热回收比例随之调节，实现冷能和电输出的调整和分配。优选地，所述原料供给与预处理单元包括：甲醇储罐1、甲醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，包括：原料供给与预处理单元、太阳能集热反应单元、化学回热单元、产物分离与蓄存单元以及冷热电输出单元；其中，所述原料供给与预处理单元分别连接所述太阳能集热反应单元与所述化学回热单元，所述原料供给与预处理单元将其产生的甲醇蒸汽送至所述太阳能集热反应单元和/或所述化学回热单元；所述太阳能集热反应单元和化学回热单元分别连接所述产物分离与蓄存单元，二者利用甲醇蒸汽分解产生混合气，并将混合气送至所述产物分离与蓄存单元；所述产物分离与蓄存单元分别连接所述原料供给与预处理单元和冷热电输出单元，所述产物分离与蓄存单元将混合气进行气液分离，分离出的甲醇冷凝液回注到原料供给与预处理单元，分离出的合成气送至冷热电输出单元；所述冷热电输出单元利用合成气发电、加热生活热水并将冷冻水降温，实现电能、热能和冷能联供。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，包括：原料供给与预处理单元、太阳能集热反应单元、化学回热单元、产物分离与蓄存单元以及冷热电输出单元；其中，所述原料供给与预处理单元分别连接所述太阳能集热反应单元与所述化学回热单元，所述原料供给与预处理单元将其产生的甲醇蒸汽送至所述太阳能集热反应单元和/或所述化学回热单元；所述太阳能集热反应单元和化学回热单元分别连接所述产物分离与蓄存单元，二者利用甲醇蒸汽分解产生混合气，并将混合气送至所述产物分离与蓄存单元；所述产物分离与蓄存单元分别连接所述原料供给与预处理单元和冷热电输出单元，所述产物分离与蓄存单元将混合气进行气液分离，分离出的甲醇冷凝液回注到原料供给与预处理单元，分离出的合成气送至冷热电输出单元；所述冷热电输出单元利用合成气发电、加热生活热水并将冷冻水降温，实现电能、热能和冷能联供。2.如权利要求1所述的太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，所述原料供给与预处理单元包括第一闸阀(V1)和第二闸阀(V2)，所述第一闸阀(V1)和第二闸阀(V2)分别连接所述太阳能集热反应单元与化学回热单元。3.如权利要求2所述的太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，在太阳辐照不为零且独立依靠所述太阳能集热反应单元满足冷热电输出单元耗气需求的情况下，仅所述第二闸阀(V2)打开，甲醇蒸汽(S3)经由第二闸阀(V2)进入太阳能集热反应单元，所述太阳能集热反应单元产生的合成气进入产物分离与蓄存单元；在太阳辐照不为零但独立依靠所述太阳能集热反应单元不能满足冷热电输出单元耗气需求的情况下，所述第一闸阀(V1)和第二闸阀(V2)同时打开，甲醇蒸汽(S3)分别经由第二闸阀(V2)、第一闸阀(V1)进入太阳能集热反应单元和化学回热单元，所述太阳能集热反应单元和化学回热单元产生的合成气均进入产物分离与蓄存单元；在太阳辐照为零的情况下，仅所述第一闸阀(V1)打开，甲醇蒸汽(S3)经由第一闸阀(V1)进入化学回热单元，所述化学回热单元产生的合成气进入产物分离与蓄存单元。4.如权利要求1所述的太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，所述产物分离与蓄存单元包括：涡旋分离器(9)、合成气储罐(10)、第三闸阀(V5)及第四闸阀(V6)，所述第三闸阀(V5)一端连接涡旋分离器(9)，另一端连接合成气储罐(10)，所述第四闸阀(V6)一端连接涡旋分离器(9)，另一端连接冷热电输出单元；合成气(S10)优先经由第四闸阀(V6)直接通入冷热电输出单元燃烧做功，剩余部分合成气经由第三闸阀(V5)通入到合成气储罐(10)存储。5.如权利要求1所述的太阳能热化学冷热电联供系统，其特征在于，所述化学回热单元包括：烟气换热器(13)；所述冷热电输出单元包括：内燃机发电设备(11)、双效溴化锂吸收式制冷机组(18)、第一烟气流量调节阀(V7)和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，隋军，刘启斌，刘泰秀，刘锋，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11