本發(fā)明涉及環(huán)保裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以二氧化碳為工質(zhì)，利用太陽(yáng)能為能源，用于二氧化碳循環(huán)發(fā)電的太陽(yáng)能二氧化碳蓄能器。

背景技術(shù)：

氣候變化已成為影響人類生存和發(fā)展的問題之一，而大量的二氧化碳排放被認(rèn)為是導(dǎo)致氣候變暖的主要原因，我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，以煤炭為主的一次能源和以火力發(fā)電為主的二次能源結(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟(jì)總量的迅速增長(zhǎng)，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增長(zhǎng)快、總量大的特點(diǎn)，為應(yīng)對(duì)氣候變化發(fā)展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成為人們的共識(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電及超臨界二氧化碳發(fā)電等已受到廣泛關(guān)注。

隨CCS技術(shù)應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)較傳統(tǒng)的熱能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)熱效率、總重及占地面積、污染物排放等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括熱源、高速渦輪機(jī)、高速發(fā)電機(jī)、高速壓氣機(jī)、冷卻器等，而其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，客觀上要求用高效換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)，因此，現(xiàn)行超臨界二氧化碳試驗(yàn)環(huán)路的熱交換大多使用印制電路板熱交換器（PCHE），它適用于高工作溫度和高工作壓力，并具有良好的擴(kuò)展能力，能滿足用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)的要求，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，投資大，一套獲取熱能的換熱裝置高達(dá)數(shù)千萬(wàn)美元，這與我國(guó)廣闊鄉(xiāng)村與城鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境條件極不匹配。

在利用太陽(yáng)能發(fā)電方面，以水為工質(zhì)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)已成熟應(yīng)用，以CO₂為工質(zhì)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的技術(shù)工作者亦進(jìn)行了大量的研究，采用的較為成熟的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)方案為槽式太陽(yáng)能集熱器、塔式太陽(yáng)能集熱器、碟式太陽(yáng)能集熱器之一或其組合，但上述方案占用場(chǎng)地大，投資大，且太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)場(chǎng)址的選擇要求高，一般的鄉(xiāng)村場(chǎng)址不能滿足建設(shè)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的要求，而且，現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的大空間場(chǎng)對(duì)生態(tài)影響大，連飛鳥都不能及。

至今，現(xiàn)有的各類利用太陽(yáng)能為能源的方案對(duì)場(chǎng)地要求高、投資大，也不能經(jīng)濟(jì)的為CO₂循環(huán)發(fā)電提供所需的高溫能源，與我國(guó)廣闊鄉(xiāng)鎮(zhèn)復(fù)雜的地形地貌、日照狀況及經(jīng)濟(jì)條件極不匹配，為利用廣闊鄉(xiāng)村隨經(jīng)緯度自然地勢(shì)與季節(jié)時(shí)辰變化的太陽(yáng)能，迫切需要一種全新的方法，開發(fā)一種占地小、便于隨地形地貌變化布置且投資小的太陽(yáng)能CO₂蓄能器，滿足超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電所需的高溫能源條件，以便在廣闊的村鎮(zhèn)推廣碳減排的超臨界CO₂發(fā)電技術(shù)，滿足廣大鄉(xiāng)村生活/生產(chǎn)的用電需求及就業(yè)創(chuàng)收之所需。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種便于利用廣闊鄉(xiāng)村隨經(jīng)緯度自然地勢(shì)與季節(jié)時(shí)辰變化的太陽(yáng)能為能源，且占地小、便于隨地形地貌變化布置，投資小，能滿足超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電所需的高溫能源條件的太陽(yáng)能二氧化碳蓄能器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：用于二氧化碳循環(huán)發(fā)電的太陽(yáng)能二氧化碳蓄能器，主要包括集光CO₂蓄能裝置和透鏡聚能裝置，所述集光CO₂蓄能裝置的出口與透鏡聚能裝置的進(jìn)口以管道相連通，所述集光CO₂蓄能裝置、透鏡聚能裝置集中于一處放置或分開放置；

所述的集光CO₂蓄能裝置主要包括支架Ⅰ、中溫蓄能機(jī)構(gòu)和反射機(jī)構(gòu)，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)固定在支架Ⅰ上，所述反射機(jī)構(gòu)設(shè)置在支架Ⅰ周圍，所述反射機(jī)構(gòu)將太陽(yáng)光能聚集至中溫蓄能機(jī)構(gòu)的集光面上；

所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)用于吸收日光蓄集的80℃～300℃的熱能，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)主要包括熱交換器Ⅰ、逆止閥Ⅰ和調(diào)節(jié)閥Ⅰ，所述熱交換器Ⅰ固定在支架Ⅰ上，所述逆止閥Ⅰ安裝在熱交換器Ⅰ的進(jìn)口管道上，所述調(diào)節(jié)閥Ⅰ安裝在熱交換器Ⅰ的出口管道上；

所述的反射機(jī)構(gòu)包括支架Ⅱ、反射鏡和時(shí)移器Ⅰ，所述反射鏡與時(shí)移器Ⅰ相連安裝在支架Ⅱ上，隨時(shí)間或太陽(yáng)光線的偏移偏轉(zhuǎn)反射鏡，將陽(yáng)光持續(xù)反射至中溫蓄能機(jī)構(gòu)的集光面上；

所述的透鏡聚能裝置主要包括支架Ⅲ、高溫蓄能機(jī)構(gòu)和凸透鏡機(jī)構(gòu)，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)固定在支架Ⅲ上，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)設(shè)置在支架Ⅲ周圍，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)將太陽(yáng)光能聚焦至高溫蓄能機(jī)構(gòu)的聚光面上；

所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)用于吸收聚焦光能蓄集的300℃～1000℃的熱能，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)主要包括熱交換器Ⅱ、逆止閥Ⅱ和調(diào)節(jié)閥Ⅱ，所述熱交換器Ⅱ固定在支架Ⅲ上，所述逆止閥Ⅱ安裝在熱交換器Ⅱ的進(jìn)口管道上，所述調(diào)節(jié)閥Ⅱ安裝在熱交換器Ⅱ的出口管道上；

所述的凸透鏡機(jī)構(gòu)包括支架Ⅳ、凸透鏡和時(shí)移器Ⅱ，所述凸透鏡與時(shí)移器Ⅱ相連安裝在支架Ⅳ上，隨時(shí)間或太陽(yáng)光線的偏移偏轉(zhuǎn)凸透鏡，將陽(yáng)光持續(xù)聚焦至高溫蓄能機(jī)構(gòu)的聚光面上。

進(jìn)一步，所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)中，還設(shè)有安全閥Ⅰ，所述安全閥Ⅰ安裝在熱交換器Ⅰ的出口管道上。

進(jìn)一步，所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)中，還設(shè)有蓄熱材料Ⅰ和隔熱材料Ⅰ，所述熱交換器Ⅰ固定在蓄熱材料Ⅰ中，所述隔熱材料Ⅰ包覆蓄熱材料Ⅰ的非集光面。

進(jìn)一步，所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)中，還設(shè)有安全閥Ⅱ，所述安全閥Ⅱ安裝在熱交換器Ⅱ的出口管道上。

進(jìn)一步，所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)中，還設(shè)有蓄熱材料Ⅱ和隔熱材料Ⅱ，所述熱交換器Ⅱ固定在蓄熱材料Ⅱ中，所述隔熱材料Ⅱ包覆蓄熱材料Ⅱ的非聚光面。

進(jìn)一步，所述的熱交換器Ⅰ、熱交換器Ⅱ可為箱式熱交換器和/或板式熱交換器和/或盤式熱交換器和/或螺旋繞管式熱交換器和/或列管式熱交換器，工作介質(zhì)為CO₂流體。

進(jìn)一步，所述的蓄熱材料Ⅰ、蓄熱材料Ⅱ?yàn)楣娘@熱蓄熱材料、相變蓄熱材料、熱化學(xué)蓄熱材料、吸附蓄熱材料中的至少一種。

進(jìn)一步，所述的太陽(yáng)能CO₂蓄能器為兩套以上并聯(lián)使用。

本發(fā)明為便于利用廣大鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)隨經(jīng)緯度自然地勢(shì)與季節(jié)時(shí)辰變化的太陽(yáng)能，利用CO₂的特性和太陽(yáng)光可反射和聚焦的特點(diǎn)，先以“集光CO₂蓄能裝置”蓄集產(chǎn)生80℃～300℃中低溫太陽(yáng)能能源，再以“透鏡聚能裝置”蓄集經(jīng)聚焦產(chǎn)生的300℃～1000℃高溫太陽(yáng)能能源，以高效的兩級(jí)蓄能的太陽(yáng)能CO₂蓄能裝置，滿足超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電所需的高溫能源條件。

為解決現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)址要求高、占地寬、投資大且影響大光場(chǎng)空間生態(tài)環(huán)境等問題，設(shè)置占地小、投資小、便于隨地形地貌或建筑物布置，高效捕集太陽(yáng)能的“集光CO₂蓄能裝置”、“透鏡聚能裝置”兩級(jí)蓄能的新型太陽(yáng)能CO₂蓄能器，可以隨地形地貌及建構(gòu)物變化，按需要兩級(jí)分散/集中設(shè)置，也可以若干套太陽(yáng)能CO₂蓄能器（集光CO₂蓄能裝置+透鏡聚能裝置）分散/集中設(shè)置。

本發(fā)明針對(duì)廣大鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)多樣化的地形地貌/建構(gòu)筑物和日照條件及經(jīng)濟(jì)環(huán)境條件，開發(fā)的用于CO₂循環(huán)發(fā)電的太陽(yáng)能CO₂蓄能器，突破了傳統(tǒng)的太陽(yáng)能蓄能裝置的技術(shù)瓶頸，能有效的為超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)獲得高溫能源，并高效地提供高溫高壓超臨界CO₂供發(fā)電，且設(shè)備占地小，便于隨地形地貌或建構(gòu)筑物布置，且造價(jià)低、投資小，安裝與使用簡(jiǎn)單。利于CCS技術(shù)的超臨界CO₂發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用和全球應(yīng)對(duì)氣候變化的碳減排行動(dòng)，并可促進(jìn)就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 為圖1所示實(shí)施例的集光CO₂蓄能裝置的另一技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 為圖1所示實(shí)施例的透鏡聚能裝置的另一技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 為本發(fā)明實(shí)施例2之3臺(tái)太陽(yáng)能CO₂蓄能器的3臺(tái)集光CO₂蓄能裝置、3臺(tái)透鏡聚能裝置分別并聯(lián)使用的示意圖。

圖5 為5套太陽(yáng)能CO₂蓄能器分散布置示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1-圖3，用于二氧化碳循環(huán)發(fā)電的太陽(yáng)能二氧化碳蓄能器，主要包括集光CO₂蓄能裝置A和透鏡聚能裝置B，所述集光CO₂蓄能裝置A的出口與透鏡聚能裝置B的進(jìn)口以管道相連通，所述集光CO₂蓄能裝置A、透鏡聚能裝置B集中于一處放置或分開放置；

所述的集光CO₂蓄能裝置A主要包括支架Ⅰ1、中溫蓄能機(jī)構(gòu)2和反射機(jī)構(gòu)3，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)2固定在支架Ⅰ1上，所述反射機(jī)構(gòu)3設(shè)置在支架Ⅰ1周圍，所述反射機(jī)構(gòu)3將太陽(yáng)光能聚集至中溫蓄能機(jī)構(gòu)2的集光面上；

所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)2用于吸收日光蓄集80℃～300℃的熱能，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)2主要包括熱交換器Ⅰ201、逆止閥Ⅰ202、調(diào)節(jié)閥Ⅰ203、安全閥Ⅰ204、蓄熱材料Ⅰ205和隔熱材料Ⅰ206，所述熱交換器Ⅰ201固定在蓄熱材料205中，并固定在支架Ⅰ1上，所述隔熱材料Ⅰ206包覆蓄熱材料Ⅰ205的非集光面，所述逆止閥Ⅰ202安裝在熱交換器Ⅰ201的進(jìn)口管道上，所述調(diào)節(jié)閥Ⅰ203、安全閥Ⅰ204安裝在熱交換器Ⅰ201的出口管道上；

所述的反射機(jī)構(gòu)3包括支架Ⅱ301、反射鏡302和時(shí)移器Ⅰ303，所述反射鏡302與時(shí)移器Ⅰ303相連安裝在支架Ⅱ301上，隨時(shí)間或太陽(yáng)光線的偏移偏轉(zhuǎn)反射鏡302，將陽(yáng)光持續(xù)反射至中溫蓄能機(jī)構(gòu)2的集光面上；

所述的透鏡聚能裝置B主要包括支架Ⅲ4、高溫蓄能機(jī)構(gòu)5和凸透鏡機(jī)構(gòu)6，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)5固定在支架Ⅲ4上，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)6設(shè)置在支架Ⅲ4周圍，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)6將太陽(yáng)光能聚焦至高溫蓄能機(jī)構(gòu)4的聚光面上；

所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)5用于吸收聚焦光能蓄集300℃～800℃的熱能，所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)5包括熱交換器Ⅱ501、逆止閥Ⅱ502、調(diào)節(jié)閥Ⅱ503、安全閥Ⅱ504、蓄熱材料Ⅱ505和隔熱材料Ⅱ506，所述熱交換器Ⅱ501固定在蓄熱材料Ⅱ505中，并固定在支架Ⅲ4上，所述隔熱材料Ⅱ506包覆蓄熱材料Ⅱ505的非聚光面，所述逆止閥Ⅱ502安裝在熱交換器Ⅱ501的進(jìn)口管道上，所述調(diào)節(jié)閥Ⅱ503、安全閥Ⅱ504安裝在熱交換器Ⅱ501的出口管道上；

所述的凸透鏡機(jī)構(gòu)6包括支架Ⅳ601、凸透鏡602和時(shí)移器Ⅱ603，所述凸透鏡602與時(shí)移器Ⅱ603相連安裝在支架Ⅳ601上，隨時(shí)間或太陽(yáng)光線的偏移偏轉(zhuǎn)凸透鏡602，將陽(yáng)光持續(xù)聚焦至高溫蓄能機(jī)構(gòu)5的聚光面上。

所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)2的熱交換器Ⅰ201采用板式熱交換器，如圖1所示，當(dāng)然，也可采用盤式/螺旋繞管式熱交換器，如圖2所示；蓄熱材料Ⅰ205使用顯熱蓄熱材料，如圖1所示，當(dāng)然，也可采用吸附蓄熱材料，如圖2所示。

所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)5的熱交換器Ⅱ501采用盤式熱交換器，如圖1所示，當(dāng)然，也可為板式熱交換器，如圖3所示；蓄熱材料Ⅱ505使用熱化學(xué)蓄熱材料，當(dāng)然，也可采用相變蓄熱材料，如圖3所示。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D4，3套太陽(yáng)能CO₂蓄能器的3臺(tái)集光CO₂蓄能裝置與3臺(tái)透鏡聚能裝置分別并聯(lián)使用，第一集光CO₂蓄能裝置A的出口與第一透鏡聚能裝置B的入口相連，第二集光CO₂蓄能裝置A1的出口與第二透鏡聚能裝置B1的入口相連，第三集光CO₂蓄能裝置A2的出口與第三透鏡聚能裝置B2的入口相連；3臺(tái)集光CO₂蓄能裝置的入口相連，3臺(tái)集光CO2蓄能裝置的出口與3臺(tái)透鏡聚能裝置的入口之間以管道相連，3臺(tái)透鏡聚能裝置的出口之間以管道相連。3套太陽(yáng)能CO₂蓄能器平行排列，采用不同換熱器以管道相連，設(shè)備占地小且造價(jià)低、投資小，安裝與使用簡(jiǎn)單。

所述的集光CO₂蓄能裝置、透鏡聚能裝置的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。

所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器Ⅰ采用箱式熱交換器201a、板式熱交換器201b及盤式/螺旋繞管式熱交換器201c，工作介質(zhì)為CO₂流體；蓄熱材料Ⅰ使用顯熱蓄熱材料205a和吸附蓄熱材料205d；

所述的高溫蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器Ⅱ采用列管式熱交換器501d、板式熱交換器501b及盤式/螺旋繞管式熱交換器501c，工作介質(zhì)為CO₂流體；蓄熱材料Ⅱ使用相變蓄熱材料505b及熱化學(xué)蓄熱材料505c。

當(dāng)然，也可采用5套太陽(yáng)能CO₂蓄能器，如圖5所示，5套太陽(yáng)能CO₂蓄能器分散布置，5臺(tái)集光CO₂蓄能裝置（集光CO₂蓄能裝置A、集光CO₂蓄能裝置A1、集光CO₂蓄能裝置A2、集光CO₂蓄能裝置A3、集光CO₂蓄能裝置A4）的調(diào)節(jié)閥出口與5臺(tái)透鏡聚能裝置（透鏡聚能裝置B、透鏡聚能裝置B1、透鏡聚能裝置B2、透鏡聚能裝置B3、透鏡聚能裝置B4）的逆止閥入口單獨(dú)分別相連，5臺(tái)集光CO₂蓄能裝的逆止閥入口相連，5臺(tái)透鏡聚能裝置的調(diào)節(jié)閥出口相連，呈半圓形布置，節(jié)省空間，可分散布置以管道連接，便于隨地形地貌或建構(gòu)筑物布置。

圖5中，所述的中溫蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器Ⅰ采用板式熱交換器201b及盤式/螺旋繞管式熱交換器201c，蓄熱材料Ⅰ使用顯熱蓄熱材料205a和吸附蓄熱材料205d；

所述的高溫聚熱裝置的熱交換器Ⅱ采用板式熱交換器501b及盤式/螺旋繞管式空心管熱交換器501c，蓄熱材料Ⅱ相變蓄熱材料505b及熱化學(xué)蓄熱材料505c。

所述的太陽(yáng)能CO₂蓄能裝置，以CO₂為工質(zhì)，先以集光CO₂蓄能裝置中的液化CO₂流體直接吸收蓄集的80℃～300℃的日光熱能后，再進(jìn)入透鏡聚能裝置繼續(xù)吸收凸透鏡聚焦陽(yáng)光產(chǎn)生的300℃～800℃高溫?zé)崮?，液化CO₂經(jīng)中低溫和高溫兩級(jí)蓄能后，轉(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體。

本發(fā)明為便于利用廣大鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)隨經(jīng)緯度自然地勢(shì)與季節(jié)時(shí)辰變化的太陽(yáng)能，利用CO₂的特性和太陽(yáng)光可反射和聚焦的特點(diǎn)，先以“集光CO₂蓄能裝置”蓄集80℃～300℃中低溫太陽(yáng)能能源，再以“透鏡聚能裝置”蓄集經(jīng)聚焦產(chǎn)生的300℃～800℃高溫太陽(yáng)能能源，以高效的兩級(jí)蓄能的太陽(yáng)能CO₂蓄能裝置，滿足超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電所需的高溫能源條件。

為解決現(xiàn)有的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)址要求高、占地寬、投資大且影響大光場(chǎng)空間生態(tài)環(huán)境等問題，設(shè)置占地小、投資小、便于隨地形地貌或建筑物布置，高效捕集太陽(yáng)能的“集光CO₂蓄能裝置”、“透鏡聚能裝置”兩級(jí)蓄能的新型太陽(yáng)能CO₂蓄能器，可以隨地形地貌及建構(gòu)物變化，按需要兩級(jí)分散/集中設(shè)置，也可以若干套太陽(yáng)能CO₂蓄能器（集光CO₂蓄能裝置+透鏡聚能裝置）分散/集中設(shè)置。

本發(fā)明針對(duì)廣大鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)多樣化的地形地貌/建構(gòu)筑物和日照條件及經(jīng)濟(jì)環(huán)境條件，開發(fā)的用于CO₂循環(huán)發(fā)電的太陽(yáng)能CO₂蓄能器，突破了傳統(tǒng)的太陽(yáng)能蓄能裝置的技術(shù)瓶頸，能有效的為超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)獲得高溫能源，并高效地提供高溫高壓超臨界CO₂供發(fā)電，且設(shè)備占地小，便于隨地形地貌或建構(gòu)筑物布置，且造價(jià)低、投資小，安裝與使用簡(jiǎn)單。利于CCS技術(shù)的超臨界CO₂發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用和全球應(yīng)對(duì)氣候變化的碳減排行動(dòng)，并可促進(jìn)就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。