可再生能源的联合循环发电系统 20170506

1、讨 论 题 介绍一种利用可再生能源（太阳能、生物质能、风能等）实现联合循环发电系统，包括可再生能源与煤基结合的联合发电系统。主要内容包括：（1）整体系统流程（2）系统的特点（3）与化石能源相比，在技术可行性、经济性和环境性能方面有哪些优势和不足。 Thermal efficiencies of power conversion systems and applications. CCGT, combined cycle gas turbine. 从资源角度？从资源角度？ 太阳能、生物质、风能、地热能太阳能、生物质、风能、地热能 从工质角度？从工质角度？蒸汽、燃气、有机工质、蒸汽、燃气、有机工质

2、、CO2 从发电稳定性角度？从发电稳定性角度？ 可再生能源与化石能源互补系统可再生能源与化石能源互补系统- 3 -2021-12-13太阳能化石能互补的联合循环系统 太阳能热互补的朗肯循环系统- 4 -2021-12-13利用太阳能加热利用太阳能加热锅炉给水锅炉给水机组装机容量为机组装机容量为49 MW，太阳能部分设计电力约，太阳能部分设计电力约1 MW，电厂效率提高了电厂效率提高了2% 5%（美国科罗拉多州（美国科罗拉多州( Colorado)）化石能源化石能源-煤炭煤炭太阳能化石能互补的联合循环系统 太阳能热互补的朗肯循环系统- 5 -2021-12-13随着太阳能集热器场流量热电效率先增

3、后降，原因？随着太阳能集热器场流量热电效率先增后降，原因？由该部分流量排挤抽气流量从而引起汽轮机通流部分流量变化由该部分流量排挤抽气流量从而引起汽轮机通流部分流量变化太阳能化石能互补的联合循环系统 燃气-蒸汽联合循环中太阳能热互补的可能方式？- 6 -2021-12-13太阳能化石能互补的联合循环系统 槽式太阳能热互补的联合循环发电系统- 7 -2021-12-13利用太阳能加利用太阳能加热高压蒸汽热高压蒸汽300400化石能源化石能源-天然气天然气（1）太阳能借助高效的联合循环，实现更高效的热转功）太阳能借助高效的联合循环，实现更高效的热转功; （2） 联合循环电站避免了单纯的太阳能热发电站

4、日常启停机。联合循环电站避免了单纯的太阳能热发电站日常启停机。加热高压蒸汽与低压蒸汽从热力性能来看有什么区别？加热高压蒸汽与低压蒸汽从热力性能来看有什么区别？太阳能化石能互补的联合循环系统 太阳能热互补的布雷顿循环系统- 8 -2021-12-13利用太阳能加热利用太阳能加热压气机出口空气压气机出口空气化石能源化石能源-天然气天然气 利用高聚光比的塔式利用高聚光比的塔式/碟式聚光集热装置产生高温太阳能热，来预热压碟式聚光集热装置产生高温太阳能热，来预热压气机出口高压空气到气机出口高压空气到800850 ，进入燃烧室再经过化石燃料加热到燃，进入燃烧室再经过化石燃料加热到燃机入口温度，难点？机入口

5、温度，难点？ （1）接收器的设计，需要耐高温和热冲击的材料；）接收器的设计，需要耐高温和热冲击的材料； （2）高压空气压力损失较大）高压空气压力损失较大太阳能化石能互补的联合循环系统 太阳能热互补耦合的联合循环发电系统- 9 -2021-12-13 预热燃气轮机循环中的高压空预热燃气轮机循环中的高压空气气; 加热燃气透平排气后再注入余加热燃气透平排气后再注入余热锅炉热锅炉; 预热汽轮机底部循环给水预热汽轮机底部循环给水;用于底部循环中低压蒸汽过热用于底部循环中低压蒸汽过热; 用于底部循环中的高压蒸发器用于底部循环中的高压蒸发器; 直接产生蒸汽并入汽轮机底循直接产生蒸汽并入汽轮机底循环环太阳能化

6、石能互补的联合循环系统 太阳能化学链反应互补的联合循环发电系统- 10 -2021-12-13太阳能为金属载氧太阳能为金属载氧体还原提供热量体还原提供热量 太阳能聚光集热装置提供太阳能聚光集热装置提供450 550 的热能给化学链燃烧中吸热的热能给化学链燃烧中吸热的还原反应；的还原反应； 热力循环中工质为高浓度的热力循环中工质为高浓度的CO2和和H2O 气体气体化石能源化石能源-天然气天然气太阳能化石能互补的联合循环系统 太阳能重整-热化学互补的联合循环联产系统（甲醇制氢）- 11 -2021-12-13太阳能甲醇重整太阳能甲醇重整供热供热 太阳能中低温供热甲醇重整太阳能中低温供热甲醇重整20

7、0 300 ； 高温的联合循环发高温的联合循环发电燃用制氢过程的副产气电燃用制氢过程的副产气( 弛放气弛放气) ，化石能源节能率，化石能源节能率29%。多种可再生能源互补的联合循环系统C）ORC余热发电- 12 -2021-12-13利用太阳能实现低温加热利用太阳能实现低温加热发酵温度30-60CH4燃气燃气循环发电循环发电有机介质为循环工质有机介质为循环工质的朗肯循环的朗肯循环蒸发压力2.5MPa，冷凝温度30C30-30kW,压比3.2,温度564-873A）太阳能沼气发酵；B)微燃机沼气发电；排烟温度275太阳能-生物质气化多联产系统A）太阳能-生物质气化；B)甲醇合成；C）燃气-蒸汽联

8、合循环发电4.12万万m249.37万万m2142.3万万m2516t/h甲醇产量甲醇产量:41.56 kg/s，生物质节省，生物质节省50%对外输出功率对外输出功率 :505.14 MW系统的总系统的总效率效率:48.5%氢氧联合循环与风能耦合发电系统水水氧气氧气水水蒸汽蒸汽电能电能氢气氢气风力发电风力发电电解水制氢电解水制氢氢氧联合循环发电氢氧联合循环发电 实现风力发电的储能作用实现风力发电的储能作用 实现无污染排放实现无污染排放系统的总系统的总效率：效率：50%氢氧联合循环与风能耦合发电系统风力发电风力发电电解水制氢电解水制氢氢氧联合循环发电氢氧联合循环发电 实现风力发电的储能作用实现风

9、力发电的储能作用 实现无污染排放实现无污染排放系统的总系统的总效率：效率：55%Supercritical CO2 Brayton Cycle发电发电- 16 -2021-12-13- 17 -2021-12-13Pc = 7.38MPaTc = 31.1C3.78MPaSupercritical CO2热物理性质热物理性质 - 18 -2021-12-13比热与温度、压力和焓的关系：CO2 比热随温度是先升高而后又下降, 在某个温度下存在最大值给定压力下, 比热达到最大值时所对应的温度为准临界温度Supercritical CO2热物理性质热物理性质 - 19 -2021-12-13Supe

10、rcritical CO2热物理性质热物理性质 密度和热导率随温度和压力的变化超临界CO2流体：高密度气体，接近液体；粘度小，扩散系数接近于气体, 具有较好的流动性和传输特性；临界点附近，热物理性质变化剧烈。;- 20 -2021-12-13CO2 循环发电示意图- 21 -2021-12-13Pc = 7.38MPaTc = 31.1C- 22 -2021-12-13超临界超临界S-CO2跨临界跨临界T-CO2亚临界亚临界SN-CO2 系统循环热力性能Ref：Pardeep Garg,Supercritical carbon dioxide Brayton cycle for concent

11、rated solar power, J. of Supercritical Fluids 76 (2013) 54 60Supercritical CO2 循环发电循环发电S-CO2 recompressing cycle layout Supercritical CO2 在发电中的应用在发电中的应用Ref:Fundamentals of Supercritical CO2, Jason C. Wilkes, Ph.D., ASME Turbo Expo 2014S-CO2太阳能发电系统S-CO2太阳能发电系统S-CO2太阳能发电系统S-CO2太阳能发电系统【Ref：吴毅, 基于超临界CO2布雷顿循环的塔式太阳能集热发电系统, 西安交通大学学报，2016,50:108-113】 Supercritical CO2 (direct Oxy-NG combustion) Supercritical CO2 Indirect Oxy-coal Combustion Supercritical CO2 NG/MCFC【Ref：M. Mehrpooya et al. Introducing