中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法，該系統包括甲醇罐、儲水罐、調控閥門組、混合器、液壓泵、預熱器、換熱器、溫度傳感器、一體化太陽能吸收反應器、氣液分離器、內燃機和液體回收器。本發明通過不同太陽能熱化學反應的主動調控，使系統在偏離設計輻照強度時能連續產生太陽能燃料，通過太陽能驅動甲醇裂解與甲醇重整流程的有機結合，完成太陽輻照強度瞬時特征與不同化石燃料轉化反應的協同，從而達到變輻照、變工況互補發電系統的主動調控。本發明公開的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法全年太陽能燃料轉化率高，年均太陽能凈發電效率高，經濟性好。
【專利說明】中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能與化石能源互補發電【技術領域】，尤其涉及一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法。
【背景技術】
[0002]太陽能資源豐富，地球截取的太陽能輻射率是全世界用能速率的10000倍。不過由于太陽能固有的間歇性和不穩定性等特點，使得太陽能的利用存在著一些困難。近年來，太陽能熱化學利用方式受到學者的廣泛關注。太陽能熱化學指利用聚光太陽熱能驅動吸熱反應，將太陽熱能轉化為太陽能燃料的化學能儲存起來。太陽能熱化學有效克服了太陽能不連續和能量密度低的缺點。 [0003]目前對太陽能熱化學的研究集中在高溫熱化學領域，主要針對設計太陽輻照強度下裝置或系統的性能進行研究。經對現有技術的文獻檢索，申請號為200320127837.X的實用新型專利介紹了一種太陽能熱化學分解水制氫的裝置。該裝置利用太陽能驅動ZnO分解，能夠提高太陽能利用效率I~5%。申請號為201310022593.7的發明專利介紹了一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器，該反應器耦合了導熱換熱，對流換熱，輻射換熱以及化學反應動力學，為太陽能熱化學反應過程提供了高溫反應裝置。申請號為201210256968.1的發明專利介紹了一種太陽能高溫熱化學耦合相變反應器。該反應器能降低反應腔的溫度梯度，其熱化學轉化效率能比傳統太陽能熱化學反應器高8%~21%。以上專利大多關注設計太陽輻照強度下反應器的性能及設計，并沒有涉及變輻照時如何提高太陽能熱化學反應器的性能。
[0004]本申請的研究團隊之前提出了“太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統及方法”發明專利，公開了一種太陽能中低溫熱驅動的熱化學反應制氫系統，利用單軸跟蹤的拋物槽式太陽能集熱器和管式太陽能吸收反應器，聚集150°C到300°C溫度范圍的熱量，驅動甲醇重整反應制取氫氣。該系統將太陽能轉化為熱能的溫度與重整制氫反應所需要的溫度匹配，實現了中低溫太陽熱能的合理利用。同時將太陽能吸收器和反應器設備一體化，簡化了系統流程，減小了散熱損失。在實際運行中發現，當太陽輻照強度變化時，該申請所提系統存在著燃料轉化率低，全年熱力性能差的問題。

【發明內容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]有鑒于此，本發明的主要目的在于提出一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法，以解決目前中低溫太陽能與甲醇熱化學互補發電系統在變輻照、變工況時系統熱力性能差，年均凈發電效率低的問題。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，該系統包括甲醇罐1、儲水罐2、第一控制閥門3、第二控制閥門4、第三控制閥門5、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11、一體化太陽能吸收反應器12、第三溫度傳感器13、氣液分離器14、內燃機15、液體回收器16、第四控制閥門17和第五控制閥門18，其中:甲醇罐1、第三控制閥門5、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11和一體化太陽能吸收反應器12依次連接，儲水罐
2、第一控制閥門3、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11、一體化太陽能吸收反應器12依次連接，一體化太陽能吸收反應器12再依次通過預熱器8和第三溫度傳感器13連接于氣液分離器14，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第四控制閥門17連接于液壓泵7，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第五控制閥門18連接于混合器6，甲醇罐I與混合器6之間通過第二控制閥門4連接，氣液分離器14還連接于內燃機15。 [0009]上述方案中，當直射太陽輻照強度(DNI)高于預設輻照值時，該系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，此時開啟第三控制閥門5與第四控制閥門17，第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18均保持關閉；25°C的液態甲醇從甲醇罐I中進入液壓泵7，在預熱器8中吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使一體化吸收反應器12的進口溫度維持在150°C ;甲醇蒸汽在一體化太陽能吸收反應器12中吸收太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，產生H2和CO的合成氣燃料；一體化太陽能吸收反應器12的出口溫度在150°C~30(TC之間；反應產物經過預熱器8后冷凝至26°C，進入氣液分離器14分離；未反應的液態甲醇進入液體回收器16，通過第四控制閥門17進入液壓泵7準備循環利用；合成氣燃料進入內燃機15燃燒發電。
[0010]上述方案中，當DNI低于預設輻照值不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，該系統采用驅動甲醇重整反應的流程，此時開啟第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18，關閉第三控制閥門5與第四控制閥門17 ;25°C的液態甲醇和25°C的脫鹽水按摩爾比I:1.2的比例分別從甲醇罐I和儲水罐2中進入混合器6，充分混合后被液壓泵7泵入預熱器8，吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使甲醇與水混合物的溫度維持在150°C進入一體化太陽能吸收反應器12 ;吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，產生H2和CO2 ;反應產物經過預熱器8釋放熱量后冷凝，在氣液分離器14中分離，未反應的液體進入液體回收器16，通過第五控制閥門18進入混合器6循環利用；H2和CO2的混合氣體進入內燃機15燃燒發電。
[0011]上述方案中，所述直射太陽輻照強度(DNI)的預設輻照值為390W / m2，當DNI高于390W / m2時該系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，當DNI低于390W / m2時該系統采用驅動甲醇重整反應的流程。
[0012]為達到上述目的，本發明還提供了一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，該方法通過在DNI高于預設輻照值時采用甲醇裂解反應，在DNI低于預設輻照值時采用甲醇重整反應，完成不同DNI與不同吸熱反應的協同。
[0013]上述方案中，在DNI高于預設輻照值能很好的驅動甲醇裂解反應時，甲醇經液壓泵、換熱器、第一溫度傳感器、預熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中，甲醇燃料吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，CH30H=C0+2H2 Δ H298K=90kJ / mol,中低溫太陽熱能轉化為H2和CO合成氣燃料的化學能，合成氣燃料在內燃機中燃燒作功。[0014]上述方案中，在DNI低于預設輻照值不足以驅動甲醇裂解反應時，通過改變系統流程，甲醇和脫鹽水按一定比例進入混合器，充分混合后被液壓泵加壓、經過預熱器、第一溫度傳感器、換熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，CH30H+H20=C02+3H2 Δ H298k= 50kJ / mol，反應后的混合物通過氣液分離器分離，甲醇與水的液態混合物回流至液體回收器，富氫燃料氣體進入內燃機燃燒發電。
[0015]上述方案中，所述DNI的預設輻照值為390W / m2，當DNI高于390W / m2時采用驅動甲醇裂解反應的流程，當DNI低于390W / m2時采用驅動甲醇重整反應的流程。
[0016](三)有益效果
[0017]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0018]1、利用本發明，根據甲醇裂解反應溫度相對高，甲醇重整反應溫度相對低的特點，在DNI高于390W / m2適合驅動甲醇裂解反應時，系統采用甲醇裂解反應流程，當DNI低于390W / m2時，增加混合器和調控閥門，改變太陽能驅動甲醇裂解反應系統的流程，并調控為太陽能驅動甲醇重整反應流程。通過不同太陽能熱化學反應的主動調控，使系統在偏離設計輻照強度時能連續產生太陽能燃料。通過太陽能驅動甲醇裂解與甲醇重整流程的有機結合，完成太陽輻照強度瞬時特征與不同化石燃料轉化反應的協同，從而達到變輻照、變工況互補發電系統的主動調控。本發明公開的系統全年太陽能燃料轉化率高，年均太陽能凈發電效率高，經濟性好。
[0019]2、 利用本發明，能夠實現太陽能資源的最大化利用。在DNI低于390W / m2不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，系統采用甲醇重整反應。與中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統相比，在甲醇入口流量不變的條件下，本發明所提系統的太陽能燃料轉化率能夠提高9個百分點。
[0020]3、利用本發明，能夠完成不同DNI與不同吸熱反應的協同，從而提高系統熱力性能。與中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統相比，太陽能凈發電效率能提高6個百分點，達到35%，接近設計工況值。
[0021]4、利用本發明，在DNI低于390W / m2時，系統仍然能產生較多的富氫燃料。與中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統相比，在內燃機發電量相同時，本發明系統的鏡場面積能夠減少25%，發電成本有望降低8%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為依照本發明實施的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統的示意圖，其中虛線方框內為調控前的系統流程圖，實線為調控后的系統流程圖。
[0023]其中附圖標記為:1-甲醇罐；2-儲水罐；3-第一控制閥門；4_第二控制閥門；5-第三控制閥門；6_混合器；7_液壓泵；8_預熱器；9_第一溫度傳感器；10_換熱器；11_第二溫度傳感器；12-—體化太陽能吸收反應器；13-第三溫度傳感器；14-氣液分離器；15-內燃機；16_液體回收器；17_第四控制閥門；18_第五控制閥門。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0025]基于年均輻照強度設計原則，本發明提供了一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法，當DNI接近設計值能很好的驅動甲醇裂解反應時，甲醇經液壓泵、換熱器、第一溫度傳感器、預熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應。反應后的混合物通過氣液分離器分離，液態甲醇回流至液體回收器，合成氣進入內燃機燃燒發電；在DNI較低，不能滿足甲醇裂解反應的需要時，系統采用甲醇重整反應。甲醇和脫鹽水按一定比例進入混合器，充分混合后被液壓泵加壓、經過預熱器、第一溫度傳感器、換熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器。吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，反應后的混合物通過氣液分離器分離，甲醇與水的液態混合物回流至液體回收器，富氫燃料氣體進入內燃機燃燒發電。
[0026]如圖1所示，圖1為依照本發明實施例的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統的示意圖，該系統包括甲醇罐1、儲水罐2、第一控制閥門3、第二控制閥門4、第三控制閥門5、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器
11、一體化太陽能吸收反應器12、第三溫度傳感器13、氣液分離器14、內燃機15、液體回收器16、第四控制閥門17和第五控制閥門18。其中:甲醇罐1、第三控制閥門5、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11和一體化太陽能吸收反應器12依次連接，儲水罐2、第一控制閥門3、混合器6、液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10、第二溫度傳感器11、一體化太陽能吸收反應器12依次連接，一體化太陽能吸收反應器12再依次通過預熱器8和第三溫度傳感器13連接于氣液分離器14，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第四控制閥門17連接于液壓泵7，氣液分離器14依次通過液體回收器16和第五控制閥門18連接于混合器6，甲醇罐I與混合器6之間通過第二控制閥門4連接，氣液分離器14還連接于內燃機15。
[0027]當直射太陽輻照強度(DNI)高于預設輻照值時，該系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，此時開啟第三控制閥門5與第四控制閥門17，第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18均保持關閉；25°C的液態甲醇從甲醇罐I中進入液壓泵7，在預熱器8中吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使一體化吸收反應器12的進口溫度維持在150°C ;甲醇蒸汽在一體化太陽能吸收反應器12中吸收太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，產生H2和CO的合成氣燃料；一體化太陽能吸收反應器12的出口溫度在150°C~300°C之間；反應產物經過預熱器8后冷凝至26°C，進入氣液分離器14分離；未反應的液態甲醇進入液體回收器16，通過第四控制閥門17進入液壓泵7準備循環利用；合成氣燃料進入內燃機15燃燒發電。
[0028]當DNI低于預設輻照值不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，該系統采用驅動甲醇重整反應的流程，此時開啟第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18，關閉第三控制閥門5與第四控制閥門17 ;25°C的液態甲醇和25°C的脫鹽水按摩爾比1:1.2的比例分別從甲醇罐I和儲水罐2中進入混合器6，充分混合后被液壓泵7泵入預熱器8，吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使甲醇與水混合物的溫度維持在150°C進入一體化太陽能吸收反應器12 ;吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，產生4和CO2 ;反應產物經過預熱器8釋放熱量后冷凝，在氣液分離器14中分離，未反應的液體進入液體回收器16，通過第五控制閥門18進入混合器6循環利用；H2和CO2的混合氣體進入內燃機15燃燒發電。[0029]其中，在本發明中，DNI的預設輻照值為390W / m2，當DNI高于390W / m2時采用驅動甲醇裂解反應的流程，當DNI低于390W / m2時采用驅動甲醇重整反應的流程。
[0030]基于圖1所示的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，本發明還提供了一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，該方法通過在DNI高于預設輻照值時采用甲醇裂解反應，在DNI低于預設輻照值時采用甲醇重整反應，完成不同DNI與不同吸熱反應的協同。
[0031]其中，在DNI高于390W / m2能很好的驅動甲醇裂解反應時，甲醇經液壓泵、換熱器、第一溫度傳感器、預熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中，甲醇燃料吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，CH30H=C0+2H2 Δ H298K=90kJ / mol,中低溫太陽熱能轉化為H2和CO合成氣燃料的化學能，合成氣燃料在內燃機中燃燒作功。
[0032]在DNI低于390W / m2不足以驅動甲醇裂解反應時，通過改變系統流程，通過增加儲水罐2、混合器6、第一調控閥門3及第五調控閥門18等，改變系統的流程，使一體化太陽能吸收反應器12內發生甲醇重整反應。甲醇和脫鹽水按一定比例進入混合器，充分混合后被液壓泵加壓、經過預熱器、第一溫度傳感器、換熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，CH30H+H20=C02+3H2AH298K=50kJ / mol，反應后的混合物通過氣液分離器分離，甲醇與水的液態混合物回流至液體回收器，富氫燃料氣體進入內燃機燃燒發電。
[0033]以本研究團隊位于北京市的中低溫太陽能熱化學實驗平臺為例，選取北京市全年的平均DNI390W / m2作為設計輻照值。即在DNI高于390W / m2時系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，在DNI低于390W / m2時系統采用驅動甲醇重整反應的流程。內燃機的額定功率為10kW。鏡場面積選取10m2。甲醇入口流量為145mol / h。環境溫度為25°C。
[0034]來自甲醇罐I的25°C液態工質，經由液壓泵7、預熱器8、第一溫度傳感器9、換熱器10和第二溫度傳感器11進入一體化太陽能吸收反應器12。通過控制換熱器10的加熱量，保證一體化太陽能吸收反應器12的進口溫度維持在150°C。
[0035]當DNI高于390W / m2時，系統采用驅動甲醇裂解反應的流程。此時開啟第三控制閥門5與第四控制閥門17，第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18均保持關閉。25°C的液態甲醇從甲醇罐I中進入液壓泵7，在預熱器8中吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使一體化吸收反應器12的進口溫度維持在150°C。甲醇蒸汽在一體化太陽能吸收反應器12中吸收太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，產生H2和CO的合成氣燃料。一體化太陽能吸收反應器12的出口溫度在150°C~300°C之間。反應產物經過預熱器8后冷凝至26°C，進入氣液分離器14分離。未反應的液態甲醇進入液體回收器16，通過第四控制閥門17進入液壓泵7準備循環利用。合成氣燃料進入內燃機15燃燒發電。
[0036]當DNI低于390W / m2不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，系統采用驅動甲醇重整反應的流程。此時開啟第一控制閥門3、第二控制閥門4和第五控制閥門18，關閉第三控制閥門5與第四控制閥門17。25°C的液態甲醇和25°C的脫鹽水按摩爾比1:1.2的比例分別從甲醇罐I和儲水罐2中進入混合器6，充分混合后被液壓泵7泵入預熱器8，吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器10中吸收熱量，使甲醇與水混合物的溫度維持在150°C進入一體化太陽能吸收反應器12。吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，產生H2和0)2。反應產物經過預熱器8釋放熱量后冷凝，在氣液分離器14中分離，未反應的液體進入液體回收器16，通過第五控制閥門18進入混合器6循環利用。H2和CO2的混合氣體進入內燃機15燃燒發電。
[0037]本發明所提系統能在DNI低于390W / m2不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，通過驅動甲醇重整反應流程繼續產生太陽能燃料，實現太陽能資源的最大化利用。在相同的甲醇入口流量條件下，本發明所提系統的太陽能燃料轉化率比中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統高9個百分點。
[0038]本發明所提系統太陽能凈發電效率可達35%，接近設計工況，高于中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統約6個百分點。
[0039]本發明所提系統在9月份的發電量為177kWh。原有的中低溫太陽能驅動甲醇裂解的熱化學互補發電系統9月份的發電量為132kWh。在相同發電量的情況下，本發明所提系統所需的鏡場面積能夠減小25%。發電成本有望降低8%。 [0040]本發明提供的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統及方法，在DNI高于或等于390W / m2能很好的驅動甲醇裂解反應時，在一體化太陽能吸收反應器中，甲醇燃料吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，中低溫太陽熱能轉化為H2和CO合成氣燃料的化學能，合成氣燃料在內燃機中燃燒作功。在DNI低于390W / m2不足以驅動甲醇裂解反應時，通過改變系統流程，使甲醇和水的混合物進入一體化太陽能吸收反應器，在其中吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，產生的富氫燃料進入內燃機燃燒作功，富氫燃料的中低溫太陽能以高溫熱能的形式釋放出來。通過在DNI高于或等于390W / m2時采用甲醇裂解反應，在DNI低于390W / m2時采用甲醇重整反應，完成不同DNI與不同吸熱反應的協同，使系統全年太陽能燃料轉化率高，年均太陽能凈發電效率高，經濟性好。
[0041]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，其特征在于，該系統包括甲醇罐(1)、儲水罐(2)、第一控制閥門(3)、第二控制閥門(4)、第三控制閥門(5)、混合器(6)、液壓泵(7)、預熱器(8)、第一溫度傳感器(9)、換熱器(10)、第二溫度傳感器(11)、一體化太陽能吸收反應器(12)、第三溫度傳感器(13)、氣液分離器(14)、內燃機(15)、液體回收器(16)、第四控制閥門(17)和第五控制閥門(18)，其中: 甲醇罐(1)、第三控制閥門(5)、液壓泵(7)、預熱器(8)、第一溫度傳感器(9)、換熱器(10)、第二溫度傳感器(11)和一體化太陽能吸收反應器(12)依次連接，儲水罐(2)、第一控制閥門(3)、混合器(6)、液壓泵(7)、預熱器(8)、第一溫度傳感器(9)、換熱器(10)、第二溫度傳感器(11)、一體化太陽能吸收反應器(12)依次連接，一體化太陽能吸收反應器(12)再依次通過預熱器(8)和第三溫度傳感器(13)連接于氣液分離器(14)，氣液分離器(14)依次通過液體回收器(16)和第四控制閥門(17)連接于液壓泵(7)，氣液分離器(14)依次通過液體回收器(16)和第五控制閥門(18)連接于混合器(6)，甲醇罐(I)與混合器(6)之間通過第二控制閥門⑷連接，氣液分離器(14)還連接于內燃機(15)。
2.根據權利要求1所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，其特征在于，當直射太陽輻照強度高于預設輻照值時，該系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，此時開啟第三控制閥門(5)與第四控制閥門(17)，第一控制閥門(3)、第二控制閥門(4)和第五控制閥門(18)均保持關閉；25°C的液態甲醇從甲醇罐(I)中進入液壓泵(7)，在預熱器(8)中吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器(10)中吸收熱量，使一體化吸收反應器(12)的進口溫度維持在150°C;甲醇蒸汽在一體化太陽能吸收反應器(12)中吸收太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，產生H2和CO的合成氣燃料；一體化太陽能吸收反應器(12)的出口溫度在150°C~300°C之間；反應產物經過預熱器(8)后冷凝至26°C，進入氣液分離器(14)分離；未反應的液態甲醇進入液體回收器(16)，通過第四控制閥門(17)進入液壓泵(7)準備循環利用；合成氣燃料進入內燃機(15)燃燒發電。
3.根據權利要求1所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，其特征在于，當直射太陽輻照強度低于預設輻照值不能滿足驅動甲醇裂解反應的需要時，該系統采用驅動甲醇重整反應的流程，此時開啟第一控制閥門(3)、第二控制閥門(4)和第五控制閥門(18)，關閉第三控制閥門(5)與第四控制閥門(17) ;25°C的液態甲醇和25°C的脫鹽水按摩爾比1:1.2的比例分別從甲醇罐⑴和儲水罐(2)中進入混合器(6)，充分混合后被液壓泵(7)泵入預熱器(8)，吸收反應產物的熱量升溫，并在換熱器(10)中吸收熱量，使甲醇與水混合物的溫度維持在150°C進入一體化太陽能吸收反應器(12);吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，產生％和CO2 ;反應產物經過預熱器(8)釋放熱量后冷凝，在氣液分離器(14)中分離，未反應的液體進入液體回收器(16)，通過第五控制閥門(18)進入混合器(6)循環利用；H2和CO2的混合氣體進入內燃機(15)燃燒發電。
4.根據權利要求2或3所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控系統，其特征在于，所述直射太陽輻照強度的預設輻照值為390W / m2，當直射太陽輻照強度高于390W / m2時該系統采用驅動甲醇裂解反應的流程，當直射太陽輻照強度低于390W / m2時該系統采用驅動甲醇重整反應的流程。
5.一種中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，應用于權利要求1至4中任一項所述的系統，其特征在于，該方法通過在直射太陽輻照強度高于預設輻照值時采用甲醇裂解反應，在直射太陽輻照強度低于預設輻照值時采用甲醇重整反應，完成不同直射太陽輻照強度與不同吸熱反應的協同。
6.根據權利要求5所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，其特征在于，在直射太陽輻照強度高于預設輻照值能很好的驅動甲醇裂解反應時，甲醇經液壓泵、換熱器、第一溫度傳感器、預熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中，甲醇燃料吸收中低溫太陽熱能的同時發生甲醇裂解反應，CH30H=C0+2H2 Δ H298K=90kJ / mol,中低溫太陽熱能轉化為H2和CO合成氣燃料的化學能，合成氣燃料在內燃機中燃燒作功。
7.根據權利要求5所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，其特征在于，在直射太陽輻照強度低于預設輻照值不足以驅動甲醇裂解反應時，通過改變系統流程，甲醇和脫鹽水按一定比例進入混合器，充分混合后被液壓泵加壓、經過預熱器、第一溫度傳感器、換熱器、第二溫度傳感器，以恒定溫度進入一體化太陽能吸收反應器，在一體化太陽能吸收反應器中吸收太陽熱能的同時發生甲醇重整反應，CH30H+H20=C02+3H2AH298K=50kJ /mol，反應后的混合物通過氣液分離器分離，甲醇與水的液態混合物回流至液體回收器，富氫燃料氣體進入內燃機燃燒發電。
8.根據權利要求5所述的中低溫太陽能熱化學互補發電的變輻照調控方法，其特征在于，所述直 射太陽輻照強度的預設輻照值為390W / m2，當直射太陽輻照強度高于390W / m2時采用驅動甲醇裂解反應的流程，當直射太陽輻照強度低于390W / m2時采用驅動甲醇重整反應的流程。
【文檔編號】C01B31/20GK103641068SQ201310656107
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】洪慧, 金紅光, 劉秀峰 申請人:中國科學院工程熱物理研究所