【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能，尤其涉及一种基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统及方法。
技术介绍
1、当今世界环境问题日益严峻，发展绿色能源成为时代主题，太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，虽然理论上可以采用蓄热储能来解决太阳能昼夜分布不均的问题，但面对连续阴雨天的天气以及太阳辐射季节性变化时，蓄热系统将难以满足供热要求；且系统投资成本较高，需要配备较大的储热系统，例如熔盐储罐装置。
2、不同热源进行整合，还需要有动力循环系统作为基本架构。现有超临界二氧化碳循环被认为具有诸多潜在优势，二氧化碳的临界点为31.5℃/7400kpa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态；二氧化碳具有化学性质稳定、低成本的特点，动力循环系统结构紧凑、效率高，可以与各种热源组合成发电系统，被认为在火力发电、太阳能发电等领域均具有良好的应用前景。
3、可逆固体氧化物燃料电池是一种多功能的能源转换装置，它既可以作为固体氧化物燃料电池将燃料的化学能转化为电能，也可以作为电解槽将电能转化为副产品。这种双向转换能力使其在能源系统中具有独特的优势，在两种转换模式下都具有较高的能量转换效率。发电模式下，其效率可与传统固体氧化物燃料电池相媲美；此外，由于可逆固体氧化物燃料电池可以兼具发电和电解两种功能，减少了对独立设备的需求，能够在平衡电力供应和需求、稳定电网方面起到重要作用；可逆固体氧化物燃料电池体积小，占地面积下，所以可以代替太阳能系统中传统的熔盐储罐装置，从而降低了总体系统成本。
4、因此，为了避免传统的单独以太阳能为热源的发
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提供基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统及方法，从而解决了传统的单独以太阳能为热源的发电系统所存在的间歇性和波动性的问题，减小了系统对于外部环境的依赖程度，有效提高系统性能。为了达到上述目的，本专利技术技术方案如下：
2、基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，包括用于收集太阳能的太阳能系统和将所述太阳能转换至超临界二氧化碳并利用超临界二氧化碳循环发电的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于：还包括电池系统，所述电池系统包括加热器，用于将所述超临界二氧化碳与所述电池系统中循环的工质换热，
3、换热器，用于所述电池系统中循环的工质和副产品转换时换热，或用于所述电池系统中循环的工质与所述超临界二氧化碳换热，
4、以及可逆固体氧化物燃料电池，用于从所述加热器和所述换热器经过换热的工质转换生成副产品，或用于将所述副产品转换发电并生成工质；
5、所述超临界二氧化碳循环系统能够满足电能负荷需求时，所述太阳能系统将多余的太阳能转换至所述电池系统，以使所述工质转换生成所述副产品，或
6、所述超临界二氧化碳循环系统不满足电能负荷需求时，所述电池系统通过所述副产品转换发电并生成所述工质，以使所述工质与所述超临界二氧化碳换热，所述超临界二氧化碳循环系统持续发电。
7、基于超临界二氧化碳循环的混合发电方法，应用于所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，包括：
8、太阳能系统将太阳能转换至超临界二氧化碳循环系统中的超临界二氧化碳，所述超临界二氧化碳在所述超临界二氧化碳循环系统中循环发电形成电能；
9、获取太阳直接辐射照度的数据，确定太阳直接辐射照度是否小于预设值；
10、当所述太阳直接辐射照度不小于预设值时，确定超临界二氧化碳循环系统的电能是否满足所需电能负荷，若超临界二氧化碳循环系统的电能满足所需电能负荷，多余的太阳能用于与电池系统中的工质换热，所述电池系统转换工质为副产品；
11、太阳直接辐射照度小于预设值时，所述超临界二氧化碳循环系统的电能不满足所需电能负荷，将副产品用在电池系统转换为电能和工质，转换后的工质与所述超临界二氧化碳换热，使得所述超临界二氧化碳在所述超临界二氧化碳循环系统中持续发电，直至所述超临界二氧化碳循环系统的电能和所述电池系统转换副产品获取的电能之和满足所需电能负荷。
12、与现有技术相比，本专利技术基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统及方法有益效果主要体现在：
13、混合发电系统分为两种运行模式，混合发电系统通过纯太阳能模式和太阳能混合模式互补的方式，能够解决传统的单独以太阳能为热源的发电系统所存在的间歇性和波动性发电的问题，减小了系统对于外部环境的依赖程度。
14、当太阳辐射充足时，混合发电系统在纯太阳能模式下运行，以太阳能为热源为超临界二氧化碳循环系统提供热能，超临界二氧化碳循环系统的电能在满足所需电能负荷的同时，超临界二氧化碳通入到电池系统中被用来加热工质，使得多余的太阳能的能量通过超临界二氧化碳转换到工质，充分利用多余的太阳能的能量；工质通过电池系统转化能量，并储存副产品。
15、当太阳辐射并不充足，此时混合发电系统在太阳能混合模式下运行，需要通过太阳能和电池系统转化能量共同为超临界二氧化碳循环系统中超临界二氧化碳提供热能。
16、在纯太阳能模式下生产出的副产品被电池系统转化为电能，同时电池系统将副产品的能量通过换热器转换到超临界二氧化碳，有效弥补太阳能的能量不足的问题，超临界二氧化碳循环系统和电池系统所生产的电能总和可以满足所需电能。其中，纯太阳能模式下生产出的副产品可以在太阳能混合模式下再次循环，使得副产品在混合发电系统中发挥最大能量转换作用。
17、超临界二氧化碳循环系统中超临界二氧化碳具有较高的热力循环效率，超临界二氧化碳可以在太阳能系统中循环，超临界二氧化碳循环系统可以吸收太阳能转换为电能，也可以同时从电池系统吸收能量转换为电能，增加混合电力系统运行时的灵活性，混合电力系统布置结构紧凑，避免使用熔盐储罐装置带来的弊端。
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1.基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，包括太阳能系统和超临界二氧化碳循环系统，其特征在于：还包括电池系统，所述电池系统包括加热器，用于将所述超临界二氧化碳与所述电池系统中循环的工质换热，
2.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述电池系统包括依序连接的加热器、第一换热器、第二换热器以及可逆固体氧化物燃料电池。
3.根据权利要求2所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述加热器的吸热侧的出口与所述第一换热器的吸热侧的入口连接，所述第一换热器的吸热侧的出口与所述第二换热器的吸热侧的入口连接，所述第二换热器的吸热侧的出口与所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极入口连接，所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极出口和所述可逆固体氧化物燃料电池的阳极出口分别与所述第二换热器的放热侧的入口连接，所述第二换热器的放热侧的出口与所述第一换热器的放热侧的入口连接。
4.根据权利要求3所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述电池系统还包括预热器，所述预热器的吸热侧的入口与储水罐连接，所述预热器的吸热侧
5.根据权利要求4所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述第二换热器的放热侧的入口还分别与所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极的出口和所述可逆固体氧化物燃料电池的阳极的出口连接，所述第二换热器的放热侧的出口还与所述储水罐连接。
6.根据权利要求5所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述储氢罐还与所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极的入口连接，所述可逆固体氧化物燃料电池的阳极的入口用于接入空气。
7.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述太阳能系统包括用于收集太阳能的太阳能集热器和用于跟踪太阳轨迹并反射太阳光至所述太阳能集热器的定日镜场。
8.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述太阳能系统包括太阳能集热器，
9.根据权利要求8所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述高温回热器的吸热侧的出口还与所述太阳能集热器的入口连接，所述太阳能集热器的出口还与所述第二换热器的吸热侧的入口连接，所述第二换热器的吸热侧的出口还与所述透平的入口连接。
10.基于超临界二氧化碳循环的混合发电方法，应用于如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，包括太阳能系统和超临界二氧化碳循环系统，其特征在于：还包括电池系统，所述电池系统包括加热器，用于将所述超临界二氧化碳与所述电池系统中循环的工质换热，
2.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述电池系统包括依序连接的加热器、第一换热器、第二换热器以及可逆固体氧化物燃料电池。
3.根据权利要求2所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述加热器的吸热侧的出口与所述第一换热器的吸热侧的入口连接，所述第一换热器的吸热侧的出口与所述第二换热器的吸热侧的入口连接，所述第二换热器的吸热侧的出口与所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极入口连接，所述可逆固体氧化物燃料电池的阴极出口和所述可逆固体氧化物燃料电池的阳极出口分别与所述第二换热器的放热侧的入口连接，所述第二换热器的放热侧的出口与所述第一换热器的放热侧的入口连接。
4.根据权利要求3所述的基于超临界二氧化碳循环的混合发电系统，其特征在于：所述电池系统还包括预热器，所述预热器的吸热侧的入口与储水罐连接，所述预热器的吸热侧的出口与所述加热器的吸热侧的入口连接，所述第一换热器的放热侧的出口与所述预热器的放热侧的入口连接，所述预热器的放热侧的出口分别与所述储水罐和储氢罐连接。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：李洪伟，孙岩，王麒闻，朱顺志，杨悦，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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