文章信息：

JoséI.Linares,María J.Montes,Alexis Cantizano,Consuelo Sánchez.

A novel supercritical CO?recompression Brayton power cycle for power tower concentrating solar plants[J].

Applied Energy,2020,263

全文導(dǎo)讀：

作為一個(gè)可調(diào)度的可再生能源系統(tǒng)，具有蓄熱功能的塔式太陽能發(fā)電廠將在向低碳場景的過渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。MgCl?/KCl/NaCl三元鹽由于其較低的熔點(diǎn)、較高的熱容、較低的成本和高達(dá)800℃的穩(wěn)定性而成為最有前途的化合物之一。由于所有商業(yè)選擇的涂層在空氣中都會(huì)降解，與外露式吸熱器相比，腔體吸熱器在較高的工作溫度下能最大限度地減少輻射熱損失，因此本文選擇了腔體吸熱器。

由于超臨界布雷頓循環(huán)即使在干冷卻條件下工作，也可達(dá)到高于50%的效率，因此本文的動(dòng)力循環(huán)模塊選擇超臨界布雷頓循環(huán)。因?yàn)橛∷㈦娐窡峤粨Q器(PCHE)能夠支持高壓，所以常被推薦使用，然而在使用熔融鹽時(shí)，其中會(huì)出現(xiàn)小通道堵塞的問題。因此，本文提出了一種新型超臨界CO?布雷頓動(dòng)力循環(huán)，其熱量通過低壓側(cè)(超過85bar)提供，可使用殼管式換熱器，熔融鹽在殼側(cè)流動(dòng)，能以更低的投資實(shí)現(xiàn)更高的緊湊性。且本文研究了在干冷和濕冷兩種情況下，基于中間冷卻和再加熱的再壓縮布局的不同選擇。在濕冷情況下推薦采用再熱方式，其效率可達(dá)54.6%，投資8662美元/千瓦；中冷再熱是干冷的最佳選擇，效率可達(dá)52.6%，投資8742美元/千瓦。

圖：新型再壓縮循環(huán)

結(jié)果討論：

本文研究了干冷和濕冷兩種情況，前者在中冷再熱布置的再壓縮循環(huán)中效率最高，在300bar的渦輪進(jìn)口壓力下可達(dá)52.6%。不進(jìn)行再熱(帶或不帶中間冷卻)的選擇已經(jīng)被拋棄，因?yàn)樗鼈兊男蔬_(dá)不到50%，而帶中間冷卻的再熱循環(huán)在225bar時(shí)可以達(dá)到50%。在濕冷情況下，再壓縮循環(huán)(既沒有中冷也沒有再熱)在250bar時(shí)的效率超過51%，如果增加再熱，則可提高到54%以上。

如果一個(gè)先進(jìn)的太陽能發(fā)電廠設(shè)置50%的循環(huán)效率的目標(biāo)，那么將首先考慮將濕冷情況下的再壓縮循環(huán)在這項(xiàng)新技術(shù)中進(jìn)行測試，因?yàn)槠渑c傳統(tǒng)超臨界CO?布雷頓循環(huán)(使用管殼式換熱器的渦輪進(jìn)口壓力限制在200bar)相比，降低了0.4個(gè)百分點(diǎn)。再熱可以減小熔鹽的溫差，增加其儲(chǔ)量(在潮濕的情況下大約為62%)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)評(píng)估，所分析的布局方式的投資范圍都在8614至8742美元/千瓦。

本文所提出的新型循環(huán)利用較高的渦輪進(jìn)口壓力來增加比功，并以較高的壓力來補(bǔ)償較低的渦輪進(jìn)口溫度。此外，殼管式換熱器工作壓力的降低可以顯著降低換熱器的投資成本。因此，所提出的循環(huán)能夠面對(duì)潛在的熔鹽堵塞問題，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的致密性(更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng))和更低的投資成本，并保持較高的效率。