本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電和能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，世界對(duì)能源的需求量逐步增加。但是隨著能源消耗的主體——化石能源的日益枯竭，世界能源的供需矛盾日益突出。同時(shí)化石能源的大量消耗造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，威脅著人類的生存環(huán)境。
我國能源消耗總量由2001年的15.1億噸標(biāo)煤增長(zhǎng)至2014年的42.6億噸標(biāo)煤，相比增長(zhǎng)了182.1％。其中，化石能源在總能耗中占比由2001年的92.5％下降到2014年的89.3％。面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求，在提高能源利用效率的同時(shí)，也應(yīng)加大對(duì)可再生能源的開發(fā)力度，逐漸增大可再生能源在總能耗中的占比。
太陽能屬于可再生能源，具有資源豐富、免費(fèi)、無污染等優(yōu)點(diǎn)。太陽能是一種豐富的清潔能源。太陽能投射到地球的總量很高，每秒輻射到地球的總能量相當(dāng)于500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，我國有2/3的國土年日照在2000小時(shí)以上，年平均輻射量超過0.6GJ/cm2，特別是在西北和青藏高原地區(qū)年平均日照時(shí)間長(zhǎng)度在2200小時(shí)以上?，F(xiàn)階段太陽能主要通過太陽能光伏或太陽能光熱的形式進(jìn)行利用。太陽能光伏發(fā)電是指基于光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。傳統(tǒng)的太陽能的光熱利用，主要是將集熱裝置獲得的太陽輻射能來加熱循環(huán)工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置進(jìn)行發(fā)電。全世界范圍內(nèi)，目前已有多個(gè)槽式、塔式太陽能光熱電站投入商業(yè)化運(yùn)行。美國的Solar Two塔式太陽能試驗(yàn)電站以及德國Julich電站等均已進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。
由于太陽能具有能量密度低、間歇性及隨季節(jié)變化明顯等特點(diǎn)，常規(guī)的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)需要引入儲(chǔ)能單元才能連續(xù)穩(wěn)定滿足用戶的用能需求?，F(xiàn)階段太陽能光熱發(fā)電仍受運(yùn)行穩(wěn)定性較差、發(fā)電成本高及太陽能儲(chǔ)能技術(shù)不夠成熟多方面因素的制約，使得在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，太陽能不能夠完全取代化石能源。
太陽能熱化學(xué)主要是利用熱化學(xué)反應(yīng)過程，將所聚集的太陽能轉(zhuǎn)化為碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)能。太陽能熱化學(xué)過程，一方面將中低溫太陽熱能以燃料化學(xué)能的形式進(jìn)行蓄存，提升了太陽熱能的做功能力；一方面為低能量密度太陽能的高效儲(chǔ)存提供了一種途徑。太陽能與化石能源互補(bǔ)的熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以在太陽能資源豐富的地方進(jìn)行太陽能熱化學(xué)過程并進(jìn)行動(dòng)力循環(huán)，也可以將太陽能轉(zhuǎn)化為二次燃料輸送到其他地方進(jìn)行動(dòng)力循環(huán)等，實(shí)現(xiàn)太陽能的儲(chǔ)存，解決單獨(dú)熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電不穩(wěn)定、不連續(xù)的問題，提高太陽能轉(zhuǎn)化利用效率。同時(shí)也可以將太陽能熱化學(xué)產(chǎn)物與化工工藝集成，實(shí)現(xiàn)能量對(duì)口、梯級(jí)利用。目前太陽能熱化學(xué)在甲烷重整耦合、煤氣化和化石燃料裂解及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等方面取得了一定的研究進(jìn)展。澳大利亞在TapioStation建立了世界上首臺(tái)50MW太陽能驅(qū)動(dòng)天然氣水蒸汽重整的示范發(fā)電站。Yi Cheng Ng等人對(duì)太陽能煤炭氣化用于聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力輸出與傳統(tǒng)燃煤朗肯循環(huán)和傳統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)CO2排放量分別降低47％和27％。上述太陽能熱化學(xué)主要針對(duì)聚焦溫度在800℃以上的高溫太陽熱能開展相關(guān)研究工作，800℃以上的高溫太陽熱能轉(zhuǎn)化為燃料化學(xué)能的過程中能量品位提升潛力小，太陽能做功能力提升幅度較低。另外，高溫太陽能熱化學(xué)利用過程面臨著集熱效率低、投資成本高及反應(yīng)器材料要求高等技術(shù)難題。
中低溫太陽能熱化學(xué)技術(shù)通過燃料的吸熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，將所聚焦的中低溫太陽熱能轉(zhuǎn)化并存儲(chǔ)在燃料的化學(xué)能當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了太陽熱能品位的大幅提升。在催化劑作用下，150～300℃的太陽熱能驅(qū)動(dòng)甲醇發(fā)生分解反應(yīng)生成以H2和CO為主的合成氣體。與高溫太陽能熱化學(xué)技術(shù)相比，中低溫太陽能熱化學(xué)技術(shù)具有太陽熱能品位提升幅度大、聚光集熱系統(tǒng)建設(shè)成本低、反應(yīng)器制造難度低等優(yōu)勢(shì)。
太陽能的高效利用有助于減少化石燃料的消耗量，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行穩(wěn)定性以及能源利用效率等，尋求可靠和穩(wěn)定的太陽能利用手段成為當(dāng)前亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
(二)技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括：原料供給與預(yù)處理單元、太陽能集熱反應(yīng)單元、化學(xué)回?zé)釂卧?、產(chǎn)物分離與蓄存單元以及冷熱電輸出單元；其中，所述原料供給與預(yù)處理單元分別連接所述太陽能集熱反應(yīng)單元與所述化學(xué)回?zé)釂卧?，所述原料供給與預(yù)處理單元將其產(chǎn)生的甲醇蒸汽送至所述太陽能集熱反應(yīng)單元和/或所述化學(xué)回?zé)釂卧凰鎏柲芗療岱磻?yīng)單元和化學(xué)回?zé)釂卧謩e連接所述產(chǎn)物分離與蓄存單元，二者利用甲醇蒸汽產(chǎn)生混合氣，并將混合氣送至所述產(chǎn)物分離與蓄存單元；所述產(chǎn)物分離與蓄存單元分別連接所述原料供給與預(yù)處理單元和冷熱電輸出單元，所述產(chǎn)物分離與蓄存單元將混合氣進(jìn)行氣液分離，分離出的甲醇冷凝液回注到原料供給與預(yù)處理單元，分離出的合成氣送至冷熱電輸出單元；所述冷熱電輸出單元利用合成氣發(fā)電、加熱生活熱水并將冷凍水降溫，實(shí)現(xiàn)電能、熱能和冷能聯(lián)供。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明基于化學(xué)能與物理能綜合梯級(jí)利用原理將太陽能與化石燃料進(jìn)行互補(bǔ)利用，借助槽式太陽能聚光系統(tǒng)聚焦的中低溫太陽熱能來驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，提升了太陽能的做功能力，降低了燃料燃燒過程中可用能的損失；
(2)本發(fā)明通過太陽能與化石燃料的互補(bǔ)利用，在一定程度上減小了太陽能間歇、不穩(wěn)定性對(duì)太陽能利用系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，提升了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性；
(3)本發(fā)明對(duì)內(nèi)燃機(jī)高溫段排煙余熱以導(dǎo)熱油顯熱的形式進(jìn)行蓄存，當(dāng)太陽能熱化學(xué)反應(yīng)單元所供合成氣不能夠滿足用戶需求時(shí)，采用化學(xué)回?zé)岬男问綄?duì)所蓄存的內(nèi)燃機(jī)排煙余熱加以利用。化學(xué)回?zé)釂卧c太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)的集成，一方面提升了變幅照條件下系統(tǒng)的能源利用效率及運(yùn)行穩(wěn)定性，能夠連續(xù)穩(wěn)定滿足用戶用能需求；另一方面將內(nèi)燃機(jī)排煙余熱轉(zhuǎn)化為燃料的化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的品位提升，提升了煙氣余熱的做功能力；
(4)本發(fā)明在太陽能熱化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的合成氣完全能夠滿足內(nèi)燃機(jī)耗氣需求時(shí)，采用主動(dòng)儲(chǔ)能的方式對(duì)未被內(nèi)燃機(jī)消耗的合成氣進(jìn)行蓄存，提升了對(duì)太陽能的利用性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了太陽能的高效蓄存；
(5)本發(fā)明通過調(diào)節(jié)化學(xué)回?zé)岜龋梢詫?shí)現(xiàn)系統(tǒng)冷、熱、電輸出比的靈活調(diào)控，能進(jìn)一步滿足用戶實(shí)時(shí)變化的用能需求；
(6)本發(fā)明基于“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的能源利用機(jī)理對(duì)不同溫度段的熱能進(jìn)行利用，聚集的中低溫太陽熱能與高溫段煙氣余熱、低溫段煙氣余熱以及內(nèi)燃機(jī)缸套水顯熱分別來驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)反應(yīng)、吸收式制冷以及加熱生活熱水，優(yōu)化了熱利用情況，提高了系統(tǒng)整體的熱效率并降低了設(shè)備初投資。
附圖說明
圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
符號(hào)說明
1-甲醇儲(chǔ)罐；2-甲醇工質(zhì)泵；3-低溫預(yù)熱器；4-高溫預(yù)熱器；5-槽式太陽能聚光集熱器；6-太陽能吸收/反應(yīng)器；7-固定床反應(yīng)器；8-冷凝器；9-漩渦分離器；10-合成氣儲(chǔ)罐；11-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備；12-熱水換熱器；13-煙氣換熱器；14-低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐；15-低溫導(dǎo)熱油泵；16-高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐；17-高溫導(dǎo)熱油泵；18-雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組；V1-第一閘閥；V2-第二閘閥；V5-第三閘閥；V6-第四閘閥；V3-第一逆止閥；V4-第二逆止閥；V7-第一煙氣流量調(diào)節(jié)閥；V8-第二煙氣流量調(diào)節(jié)閥；S1-甲醇工質(zhì)；S2-初級(jí)預(yù)熱后的甲醇工質(zhì)；S3-甲醇蒸汽；S4-低溫導(dǎo)熱油；S5-高溫導(dǎo)熱油；S6-混合氣；S7-低溫混合氣；S8-氣液混合物；S9-甲醇冷凝液；S10-合成氣；S11-內(nèi)燃機(jī)缸套水；S12-生活熱水；S13-高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙；S14-中溫段內(nèi)燃機(jī)排煙；S15-低溫段內(nèi)燃機(jī)排煙；S16-冷凍水。
具體實(shí)施方式
根據(jù)能源類型以及轉(zhuǎn)化目標(biāo)的不同，能源的轉(zhuǎn)化利用形式也不盡相同。能量轉(zhuǎn)化過程中，要同時(shí)從能量轉(zhuǎn)化數(shù)量和品質(zhì)兩方面屬性進(jìn)行考慮?；谀芰刻菁?jí)利用原理，只有實(shí)現(xiàn)能量品位對(duì)口、梯級(jí)利用，才能實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化?；诖?，利用中低溫太陽熱能驅(qū)動(dòng)品位匹配的熱化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)燃機(jī)高溫排煙以化學(xué)回?zé)岬男问郊右岳?，低溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)吸收式制冷設(shè)備進(jìn)行供冷，溫度較低的缸套水來生產(chǎn)生活熱水，實(shí)現(xiàn)燃料化學(xué)能、太陽能以及煙氣余熱的對(duì)口、梯級(jí)利用，提升了太陽能供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性及利用效率，減小了化石能源的消耗量。
通過太陽能熱化學(xué)技術(shù)將太陽能與化石燃料進(jìn)行互補(bǔ)利用，一方面符合能量梯級(jí)利用的原理，提升了系統(tǒng)的能源利用效率；一方面，與化石能源的耦合利用，在一定程度解決了太陽能不穩(wěn)定對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。著眼未來，能源利用朝著高效、清潔的方向不斷發(fā)展，單純使用化石燃料不符合能源可持續(xù)發(fā)展的方向。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)實(shí)施例的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)示意圖，其包括：原料供給與預(yù)處理單元、太陽能集熱反應(yīng)單元、化學(xué)回?zé)釂卧a(chǎn)物分離與蓄存單元以及冷熱電輸出單元，其中，
原料供給與預(yù)處理單元，包括：甲醇儲(chǔ)罐1、甲醇工質(zhì)泵2、低溫預(yù)熱器3、高溫預(yù)熱器4、第一閘閥V1和第二閘閥V2，甲醇儲(chǔ)罐1經(jīng)甲醇工質(zhì)泵2連接低溫預(yù)熱器3，低溫預(yù)熱器3連接高溫預(yù)熱器4，第一閘閥V1和第二閘閥V2并行連接高溫預(yù)熱器4。
其中，甲醇儲(chǔ)罐1中的甲醇工質(zhì)S1經(jīng)過甲醇工質(zhì)泵2加壓泵送至低溫預(yù)熱器3，在低溫預(yù)熱器3中初級(jí)預(yù)熱，初級(jí)預(yù)熱后的甲醇工質(zhì)S2進(jìn)入高溫預(yù)熱器4進(jìn)一步加熱升溫，生成甲醇蒸汽S3，甲醇蒸汽S3通過第一閘閥V1和第二閘閥V2分別進(jìn)入太陽能集熱反應(yīng)單元和化學(xué)回?zé)釂卧?/p>
太陽能集熱反應(yīng)單元，包括：槽式太陽能聚光集熱器5與太陽能吸收/反應(yīng)器6，太陽能吸收/反應(yīng)器6經(jīng)第二閘閥V2連接高溫預(yù)熱器4。
其中，甲醇蒸汽S3通過第二閘閥V2進(jìn)入太陽能吸收/反應(yīng)器6，太陽能吸收/反應(yīng)器6利用槽式太陽能聚光集熱器5所聚焦的太陽熱能，使進(jìn)入其中的甲醇蒸汽S3在催化劑的作用下發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生混合氣S6。
化學(xué)回?zé)釂卧?，包括：固定床反?yīng)器7、低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐14、低溫導(dǎo)熱油泵15、煙氣換熱器13、高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16及高溫導(dǎo)熱油泵17，固定床反應(yīng)器7經(jīng)第一閘閥V1連接高溫預(yù)熱器4，并依次經(jīng)低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐14、低溫導(dǎo)熱油泵15連接煙氣換熱器13，煙氣換熱器13依次經(jīng)高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16、高溫導(dǎo)熱油泵17連接固定床反應(yīng)器7。
其中，甲醇蒸汽S3經(jīng)由第一閘閥V1進(jìn)入固定床反應(yīng)器7，低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐14中的低溫導(dǎo)熱油S4經(jīng)低溫導(dǎo)熱油泵15加壓后泵送到煙氣換熱器13，經(jīng)加熱升溫后進(jìn)入高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16；高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16內(nèi)的高溫導(dǎo)熱油S5經(jīng)高溫導(dǎo)熱油泵17加壓泵送到固定床反應(yīng)器7，在固定床反應(yīng)器7中驅(qū)動(dòng)甲醇蒸汽S3發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生混合氣S6，同時(shí)高溫導(dǎo)熱油S5溫度降低并儲(chǔ)存到低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐14。
產(chǎn)物分離與蓄存單元，包括：冷凝器8、渦旋分離器9、合成氣儲(chǔ)罐10、第一逆止閥V3、第二逆止閥V4、第三閘閥V5及第四閘閥V6，太陽能吸收/反應(yīng)器6經(jīng)第一逆止閥V3連接低溫預(yù)熱器3，固定床反應(yīng)器7經(jīng)第二逆止閥V4連接低溫預(yù)熱器3，冷凝器8一端連接低溫預(yù)熱器3，另一端連接渦旋分離器9，渦旋分離器9連接經(jīng)第四閘閥V6，并經(jīng)第三閘閥V5連接合成氣儲(chǔ)罐10。
其中，由太陽能吸收/反應(yīng)器6及固定床反應(yīng)器7產(chǎn)生的混合氣S6分別經(jīng)第一逆止閥V3及第二逆止閥V4進(jìn)入低溫預(yù)熱器3，在低溫預(yù)熱器3中預(yù)熱甲醇工質(zhì)S1，冷卻后的低溫混合氣S7通入冷凝器8中將殘留的甲醇蒸汽進(jìn)行冷凝，冷凝后的氣液混合物S8進(jìn)入漩渦分離器9進(jìn)行氣液分離，分離出的甲醇冷凝液S9回注到甲醇儲(chǔ)罐1，分離出的合成氣S10部分經(jīng)由第四閘閥V6進(jìn)入冷熱電輸出單元，部分經(jīng)由第三閘閥V5通入到合成氣儲(chǔ)罐10。
冷熱電輸出單元，包括：內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11、熱水換熱器12、與化學(xué)回?zé)釂卧灿玫臒煔鈸Q熱器13、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18、與原料供給與預(yù)處理單元共用的高溫預(yù)熱器4、第一煙氣流量調(diào)節(jié)閥V7和第二煙氣流量調(diào)節(jié)閥V8；內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11分別與合成氣儲(chǔ)罐10和第四閘閥V6連接，并連接熱水換熱器12以及通過第一煙氣流量調(diào)節(jié)閥V7連接煙氣換熱器13，煙氣換熱器13連接雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11還通過第二煙氣流量調(diào)節(jié)閥V8直接連接雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18。
其中，合成氣S10部分經(jīng)由第四閘閥V6進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11的內(nèi)燃機(jī)缸套水S11通過熱水換熱器12加熱生活熱水S12；內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11排煙依次經(jīng)過煙氣換熱器13、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18及高溫預(yù)熱器4，高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S13在煙氣換熱器13中對(duì)低溫導(dǎo)熱油S4加熱升溫，高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S13的余熱以高溫導(dǎo)熱油S5顯熱形式加以蓄存，中溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S14驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18進(jìn)行制冷，冷凍水S16經(jīng)過雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組后降溫，并輸送冷量至用戶側(cè)，低溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S15在高溫預(yù)熱器4中進(jìn)一步加熱升溫初級(jí)預(yù)熱后的甲醇工質(zhì)S2。
在本發(fā)明實(shí)施例的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，低溫預(yù)熱器3利用太陽能吸收/反應(yīng)器6及固定床反應(yīng)器7所產(chǎn)出的混合氣S6預(yù)熱甲醇工質(zhì)S1。高溫預(yù)熱器4利用低溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S15進(jìn)一步加熱初級(jí)預(yù)熱的甲醇工質(zhì)S2至過熱蒸汽狀態(tài)。槽式太陽能聚光集熱器5聚焦的太陽能被太陽能吸收/反應(yīng)器6利用，作為經(jīng)由第二閘閥V2的甲醇蒸汽S3分解反應(yīng)熱源。固定床反應(yīng)器7以高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16中高溫導(dǎo)熱油S5為熱源，以提供經(jīng)由第一閘閥V1的甲醇蒸汽S3分解反應(yīng)所需熱源。冷凝器8用來對(duì)低溫混合氣S7進(jìn)行冷凝，所述渦旋分離器9將氣液混合物S8進(jìn)行氣液分離，分離出的甲醇冷凝液S9回注到甲醇儲(chǔ)罐1，分離出的合成氣S10優(yōu)先經(jīng)由第四閘閥V6直接通向內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11燃燒做功，剩余部分經(jīng)由第三閘閥V5通入到合成氣儲(chǔ)罐10。煙氣換熱器13回收高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S13的余熱，將低溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐14中的低溫導(dǎo)熱油S4加熱升溫后蓄存到高溫導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐16。其中，可以通過調(diào)節(jié)煙氣第一煙氣流量調(diào)節(jié)閥V7和第二煙氣流量調(diào)節(jié)閥V8的開度，控制進(jìn)入煙氣換熱器13的高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙和直接進(jìn)入雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18的高溫段內(nèi)燃機(jī)排煙的比例，從而調(diào)控?zé)煔鈸Q熱器13對(duì)煙氣余熱回收的比例，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)冷、電輸出的調(diào)整和分配，以更好地滿足用戶的冷、電需求。內(nèi)燃機(jī)缸套水S11通過熱水換熱器12加熱生活熱水S12，中溫段內(nèi)燃機(jī)排煙S14驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18實(shí)現(xiàn)制冷。
圖1所示的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的具體工作流程為：
甲醇工質(zhì)S1依次經(jīng)過低溫預(yù)熱器3、高溫預(yù)熱器4被加熱為甲醇蒸汽。
在太陽輻照不為零，并且獨(dú)立依靠太陽能吸收/反應(yīng)器6所產(chǎn)生的合成氣可以滿足內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11的耗氣需求時(shí)的情況下，打開第二閘閥V2，甲醇蒸汽S3經(jīng)由第二閘閥V2進(jìn)入太陽能吸收/反應(yīng)器6，在太陽熱能驅(qū)動(dòng)下發(fā)生分解反應(yīng)。
當(dāng)獨(dú)立依靠太陽能吸收/反應(yīng)器6所產(chǎn)生的合成氣不能滿足內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11的耗氣需求時(shí)，打開第一閘閥V1和第二閘閥V2，甲醇蒸汽S3分別經(jīng)由第二閘閥V2、第一閘閥V1進(jìn)入太陽能吸收/反應(yīng)器6和固定床反應(yīng)器7發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生合成氣，以滿足內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行耗氣需求。
在太陽輻照為零的情況下，打開第一閘閥V1，甲醇蒸汽S3全部經(jīng)由第一閘閥V1進(jìn)入固定床反應(yīng)器7發(fā)生分解反應(yīng)。
由此可見，本發(fā)明通過太陽能吸收/反應(yīng)器6與固定床反應(yīng)器7的互補(bǔ)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的合成氣可以滿足各種條件下發(fā)電設(shè)備的耗氣需求。
由太陽能吸收/反應(yīng)器6和固定床反應(yīng)器7產(chǎn)生的混合氣S6分別經(jīng)由第一逆止閥V3、第二逆止閥V4通入低溫預(yù)熱器3進(jìn)行冷卻，之后進(jìn)入冷凝器8進(jìn)行冷凝，并由漩渦分離器9進(jìn)行氣液分離，分離出的甲醇冷凝液S9回注到甲醇儲(chǔ)罐1，分離出的合成氣S10優(yōu)先經(jīng)由第四閘閥V6直接通向內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11燃燒做功，剩余部分經(jīng)由第三閘閥V5通入到合成氣儲(chǔ)罐10。
在太陽能吸收/反應(yīng)器6單獨(dú)產(chǎn)生的合成氣不能滿足內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11耗氣的情況下，所述系統(tǒng)將太陽能吸收/反應(yīng)器6、固定床反應(yīng)器7產(chǎn)生的合成氣通入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11以燃燒做功。
在太陽能吸收/反應(yīng)器6單獨(dú)產(chǎn)生的合成氣足以滿足內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11耗氣的情況下，所述系統(tǒng)將單獨(dú)運(yùn)行太陽能吸收/反應(yīng)器6，將其產(chǎn)生的合成氣通入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備11以燃燒做功，并通過主動(dòng)蓄能的形式將過量的合成氣蓄存到合成氣儲(chǔ)罐10。
內(nèi)燃機(jī)缸套水S11通過熱水換熱器12加熱生活熱水S12。內(nèi)燃機(jī)排煙先通過煙氣換熱器13來加熱低溫導(dǎo)熱油S4，之后驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組18進(jìn)行制冷，并最終通過高溫預(yù)熱器4來進(jìn)一步加熱初級(jí)預(yù)熱后的甲醇工質(zhì)S2。
本發(fā)明提供的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，通過與化學(xué)回?zé)嵯到y(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了太陽能與化石能源的高效互補(bǔ)利用，提升了冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用率以及運(yùn)行穩(wěn)定性。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)例中，其主要參數(shù)如表1所示。
表1
為便于對(duì)本發(fā)明提出的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，以表1中系統(tǒng)參數(shù)為例對(duì)所提出系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況以及典型日下系統(tǒng)熱力性能進(jìn)行分析。本發(fā)明提出的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下熱力學(xué)性能如表2所示，典型日下熱力性能如表3所示。
表2
表3
本發(fā)明提出的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下，太陽能凈發(fā)電效率達(dá)21.1％，化石能源利用率達(dá)78.4％。相比現(xiàn)階段常規(guī)的分產(chǎn)系統(tǒng)，所提出系統(tǒng)在四季典型日下化石能源相對(duì)節(jié)能率約為37％，能源利用率約為65％。所提系統(tǒng)在夏至日可以實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)23.7小時(shí)，日均太陽能凈發(fā)電效率達(dá)到21.6％；在冬至日可以滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)9.0小時(shí)，日均太陽能凈發(fā)電效率12.8％，太陽能份額為15.9％?？傮w而言，本發(fā)明所提出的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在能源利用效率、太陽能凈發(fā)電效率、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)以及化石能源相對(duì)節(jié)能率方面具有較好的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。此外，本發(fā)明提出的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有熱電比靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上減小了供能側(cè)與用戶用能不匹配的問題。
需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：
(1)各個(gè)單元還可以采用其他設(shè)備，只要能夠完成相同的功能即可；
(2)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)值；
(3)實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；
(4)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。
綜上所述，本發(fā)明所提出的太陽能熱化學(xué)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在能源利用效率、太陽能凈發(fā)電效率、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)以及化石能源相對(duì)節(jié)能率方面具有較好的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。此外，本發(fā)明提出的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有熱電比靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上減小了供能側(cè)與用戶用能不匹配的問題。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。