可再生能源的联合循环发电系统-20170506

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。Thermalefficienciesofpowerconversionsystemsandapplications.CCGT,combinedcyclegasturbine.•从资源角度？——太阳能、生物质、风能、地热能•从工质角度？——蒸汽、燃气、有机工质、CO2•从发电稳定性角度？——可再生能源与化石能源互补系统-3-2020/7/5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-4-2020/7/5利用太阳能加热锅炉给水机组装机容量为49MW，太阳能部分设计电力约1MW，电厂效率提高了2%～5%（美国科罗拉多州(Colorado)）化石能源-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-5-2020/7/5•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？-6-2020/7/5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-7-2020/7/5利用太阳能加热高压蒸汽300~400℃化石能源-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;（2）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？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-8-2020/7/5利用太阳能加热压气机出口空气化石能源-天然气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，来预热压气机出口高压空气到800~850℃，进入燃烧室再经过化石燃料加热到燃机入口温度，难点？（1）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-9-2020/7/5①预热燃气轮机循环中的高压空气;②加热燃气透平排气后再注入余热锅炉;③预热汽轮机底部循环给水;④用于底部循环中低压蒸汽过热;⑤用于底部循环中的高压蒸发器;⑥直接产生蒸汽并入汽轮机底循环①②③④⑤⑥太阳能化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-10-2020/7/5太阳能为金属载氧体还原提供热量①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还原反应；②热力循环中工质为高浓度的CO2和H2O气体化石能源-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）-11-2020/7/5太阳能甲醇重整供热①太阳能中低温供热甲醇重整200～300℃；②高温的联合循环发电燃用制氢过程的副产气(弛放气)，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-12-2020/7/5利用太阳能实现低温加热发酵温度30-60℃CH4燃气循环发电有机介质为循环工质的朗肯循环蒸发压力~2.5MPa，冷凝温度~30℃C30-30kW,压比3.2,温度564-873℃A）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-蒸汽联合循环发电4.12万m249.37万m2142.3万m2516t/h甲醇产量:41.56kg/s，生物质节省~50%对外输出功率:505.14MW:~48.5%氢氧联合循环与风能耦合发电系统水氧气水蒸汽电能氢气风力发电电解水制氢氢氧联合循环发电①实现风力发电的储能作用②实现无污染排放~50%氢氧联合循环与风能耦合发电系统风力发电电解水制氢氢氧联合循环发电①实现风力发电的储能作用②实现无污染排放~55%SupercriticalCO2BraytonCycle发电-16-2020/7/5-17-2020/7/5Pc=7.38MPaTc=31.1°C3.78MPaSupercriticalCO2热物理性质-18-2020/7/5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SupercriticalCO2热物理性质-19-2020/7/5SupercriticalCO2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。;-20-2020/7/5CO2循环发电示意图-21-2020/7/5Pc=7.38MPaTc=31.1°C-22-2020/7/5超临界S-CO2跨临界T-CO2亚临界SN-CO2系统循环热力性能Ref：[PardeepGarg,SupercriticalcarbondioxideBraytoncycleforconcentratedsolarpower,J.ofSupercriticalFluids76(2013)54–60]SupercriticalCO2循环发电S-CO2recompressingcyclelayout•SupercriticalCO2在发电中的应用Ref:FundamentalsofSupercriticalCO2,JasonC.Wilkes,Ph.D.,ASMETurboExpo2014S-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】•SupercriticalCO2–(directOxy-NGcombustion)•SupercriticalCO2–IndirectOxy-coalCombustion•SupercriticalCO2–NG/MCFC【Ref：M.Mehrpooyaetal.Introducingandanalysisofahybridmoltencarbonatefuelcell-supercriticalcarbondioxideBraytoncyclesystem,SustainableEnergyTechnologiesandAssessments18(2016)100–106】-34-2020/7/5