CN103850901A - 一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统及方法，属于新能源太阳能热发电技术领域。本发明提出的基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，包括一个以太阳能集热直接产生的蒸汽为循环工质的常规朗肯循环，和一个以前者循环的部分排汽为热源的低温有机朗肯循环，主要由太阳能集热系统、常规蒸汽热电联供系统和低温有机朗肯发电系统构成。利用低成本、较为成熟可靠的低聚焦比集热方式，直接产生一定压力参数的蒸汽推动热电机组做功发电、供热，实现多种能源互补、冷热电三联供的太阳能综合热力利用能源供给。
Description
技术领域
本发明提出一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统及方法，属于新能源太阳能热发电技术领域。
背景技术
太阳能是一种重要的可再生资源，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，是人类可持续发展的最可靠方式。太阳能发电技术是太阳能大规模商业化利用的主要方式，可为光伏发电和光热发电，尽管在过去的十多年里，前者得到了爆炸式的发展，但在可持续、环境友好、储热与常规能源耦合方面，后者具有更强的优势。中国太阳能资源丰富的地区主要集中在经济落后的西北地区，而经济发达的东部地区能源消耗巨大、常规化石能源有限。另外，太阳能资源具有分散性强、能流密度低，并且具有昼夜周期间歇性，受地域和气候、季节的影响大的特性，易得到中低温热能的特点，当前太阳能热利用的储热技术是限制其大规模商业化应用的瓶颈之一。
当前的太阳能热发电技术，按照发电参数而言，有高温路线和中低温路线两种。根据太阳能资源条件的分布，大规模、高参数太阳能热发电技术只适合于西北偏远、地广人稀的经济落后地区，只能进行单一的发电方式，很难做到热电联产的太阳能综合利用，电站整体效率偏低，并且需要配置庞大、造价昂贵的蓄热系统，而且发出的电能需要投资建设独立的电网，进行长距离的输送，投资、运营成本巨大。在当前太阳能高温热发电技术水平和国家扶持政策有限的条件下，太阳能高温热发电技术很难大规模商业化发展。
与高温路线不同的是，太阳能中低温发电路线可以因地制宜，与多种可再生能源互补，形成分布式太阳能热电联产能源站，为一定区域内提供电能、制冷和供热，实现能源梯级、综合利用。利用低成本、较为成熟可靠的低聚焦比集热方式，直接产生一定压力参数的蒸汽推动热电机组做功发电、供热，实现多种能源互补、冷热电三联供的太阳能综合热力利用能源供给。这种模式在冷、热、电能源消费缺口巨大的东部经济发达地区的经济园区、沿海岛屿等地区非常受欢迎，系统的稳定性、实用性和经济性以及市场空间要更优于高温路线模式。
发明内容
本发明提供一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统及方法，利用低成本、较为成熟可靠的低聚焦比集热方式，直接产生一定压力参数的蒸汽推动热电机组做功发电、供热，实现多种能源互补、冷热电三联供的太阳能综合热力利用能源供给。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，包括太阳能集热系统、常规蒸汽热电联供系统和低温有机朗肯发电系统。
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、蓄热器、给水泵和除氧器；所述除氧器的出口与给水泵的入口相连，给水泵的出口与太阳能集热器的入口相连接，所述太阳能集热器出口与三通阀组Vi的入口相连，三通阀组Vi一出口与蓄热器入口相连且另一出口与三通阀组Vo的一入口相连，蓄热器的出口与三通阀组Vo另一入口相连；
所述常规蒸汽热电联供系统包括汽轮机和#1发电机；所述三通阀组Vo的一出口与汽轮机的主汽门相连接，汽轮机阀汽出口与三通阀组Vh的入口相连，三通阀组Vh的一出口与热力管网相连接；其中汽轮机与#1发电机同轴连接；
所述低温有机朗肯发电系统包括蒸发器、回热器、冷凝器、工质泵、有机透平、#2发电机、减速器、冷却塔和冷却水循环泵；所述三通阀组Vh的另一出口与蒸发器的水工质入口相连，蒸发器的水工质出口与除氧器的入口相连，蒸发器的有机工质出口与有机透平的主汽门相连接，蒸发器的有机工质入口与回热器的液侧出口相连，有机透平的阀汽出口与回热器的汽侧入口相连，回热器的汽侧出口与冷凝器的入口相连，冷凝器的出口与工质泵的入口相连，工质泵的出口与回热器的液侧入口相连，冷凝器的冷却水出口与冷却塔上部入口相连，冷却塔的下部出口与冷却水循环泵的入口相连，冷却水循环泵的出口与冷凝器的冷却水入口相连；有机透平的输出轴与减速器相连，减速器与#2发电机相连接。
一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统的方法，太阳能集热器直接产生的水蒸气经过背压式汽轮机做功后，排汽一部分通过三通阀组Vh后直接进入热力管网供生产、生活的供热、制冷需求；另一部分进入低温有机朗肯发电系统，通过蒸发器交换后，产生一定压力的有机工质蒸汽推动有机透平做功，经过减速器匹配转速后，发电机输出电能，有机透平排出的乏汽先经过回热器热交换后，进入冷凝器，有机工质冷凝为液态后再由工质泵依次通过回热器、蒸发器，完成一个完整的有机朗肯热力循环；经过蒸发器换热后的排汽冷凝为水，和一部分补给水进入除氧器后，再由给水泵送至太阳能集热器入口，完成太阳能热电联产热力循环。
其中所述太阳能集热器为槽式或菲涅尔式。
其中所述汽轮机为背压式机组。
其中所述蓄热器的类型为蒸汽型蓄热器。
其中所述有机透平的类型为径流式。
本发明的优点如下：
1、太阳能中低温集热，技术成熟可靠，系统造价较低，容易规模化工程应用。
2、太阳能集热器采用单回路、直接产生水蒸气技术，避开了双回路中间介质的传换热环节。
3、双工质热力循环，有效地实现了太阳能热的梯级利用，提供太阳能热能的利用效率。
4、太阳能热电联产，有利于在太阳能资源欠丰富而能源需求高的地区推广应用。
5、系统结构相对简单，模块化设计，高效安装方便；能够半自动或自动运行，操作运行简单可靠。
附图说明
图1是本发明的一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统;
其中1-太阳能集热器，2-蓄热器，3-汽轮机，4-#1发电机，5-蒸发器，6-回热器，7-有机透平，8-减速器，9-冷凝器，10-冷却塔，11-冷却水循环泵，12-工质泵、13-给水泵、14-除氧器，15-三通阀组Vi，16-三通阀组Vo，17-三通阀组Vh，18-#2发电机、19-热力管网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示：本实施例的一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，包括太阳能集热系统、常规蒸汽热电联供系统和低温有机朗肯发电系统。
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器1、蓄热器2、给水泵13和除氧器14；所述除氧器14的出口与给水泵13的入口相连，给水泵13的出口与太阳能集热器1的入口相连接，所述太阳能集热器出口1与三通阀组Vi15的入口相连，三通阀组Vi15一出口与蓄热器2入口相连且另一出口与三通阀组Vo16的一入口相连，蓄热器2的出口与三通阀组Vo16另一入口相连；
所述常规蒸汽热电联供系统包括汽轮机3和#1发电机4；所述三通阀组Vo16的一出口与汽轮机3的主汽门相连接，汽轮机3阀汽出口与三通阀组Vh17的入口相连，三通阀组Vh17的一出口与热力管网19相连接；其中汽轮机3与#1发电机4同轴连接；
所述低温有机朗肯发电系统包括蒸发器5、回热器6、冷凝器9、工质泵12、有机透平7、#2发电机18、减速器8、冷却塔10和冷却水循环泵11；所述三通阀组Vh17的另一出口与蒸发器5的水工质入口相连，蒸发器5的水工质出口与除氧器14的入口相连，蒸发器5的有机工质出口与有机透平7的主汽门相连接，蒸发器5的有机工质入口与回热器6的液侧出口相连，有机透平7的阀汽出口与回热器6的汽侧入口相连，回热器6的汽侧出口与冷凝器9的入口相连，冷凝器9的出口与工质泵12的入口相连，工质泵12的出口与回热器6的液侧入口相连，冷凝器9的冷却水出口与冷却塔10上部入口相连，冷却塔10的下部出口与冷却水循环泵11的入口相连，冷却水循环泵11的出口与冷凝器9的冷却水入口相连；有机透平7的输出轴与减速器8相连，减速器8与#2发电机18相连接。
其中所述太阳能集热器1为槽式或菲涅尔式；所述汽轮机3为背压式机组；所述蓄热器2的类型为蒸汽型蓄热器；所述有机透平7的类型为径流式。
一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统的方法，所述太阳能集热器1直接产生的水蒸气经过背压式汽轮机3做功后，排汽一部分通过三通阀组Vh17后直接进入热力管网19供生产、生活的供热、制冷需求；另一部分进入低温有机朗肯发电系统，通过蒸发器5交换后，产生一定压力的有机工质蒸汽推动有机透平7做功，经过减速器8匹配转速后，发电机18输出电能，有机透平7排出的乏汽先经过回热器6热交换后，进入冷凝器9，有机工质冷凝为液态后再由工质泵依次通过回热器、蒸发器，完成一个完整的有机朗肯热力循环；经过蒸发器换热后的排汽冷凝为水，和一部分补给水进入除氧器后，再由给水泵送至太阳能集热器入口，完成太阳能热电联产热力循环。
本实施例的有益效果是：利用低成本、较为成熟可靠的低聚焦比集热方式，直接产生一定压力参数的蒸汽推动热电机组做功发电、供热，实现多种能源互补、冷热电三联供的太阳能综合热力利用能源供给。
Claims (6)
1.一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，包括太阳能集热系统、常规蒸汽热电联供系统和低温有机朗肯发电系统，其特征在于：所述太阳能集热系统包括太阳能集热器（1）、蓄热器（2）、给水泵（13）和除氧器（14）；所述除氧器（14）的出口与给水泵（13）的入口相连，给水泵（13）的出口与太阳能集热器（1）的入口相连接，所述太阳能集热器出口（1）与三通阀组Vi（15）的入口相连，三通阀组Vi（15）一出口与蓄热器（2）入口相连且另一出口与三通阀组Vo（16）的一入口相连，蓄热器（2）的出口与三通阀组Vo（16）另一入口相连；
所述常规蒸汽热电联供系统包括汽轮机（3）和#1发电机（4）；所述三通阀组Vo（16）的一出口与汽轮机（3）的主汽门相连接，汽轮机（3）阀汽出口与三通阀组Vh（17）的入口相连，三通阀组Vh（17）的一出口与热力管网（19）相连接；其中汽轮机（3）与#1发电机（4）同轴连接；
所述低温有机朗肯发电系统包括蒸发器（5）、回热器（6）、冷凝器（9）、工质泵（12）、有机透平（7）、#2发电机（18）、减速器（8）、冷却塔（10）和冷却水循环泵（11）；所述三通阀组Vh（17）的另一出口与蒸发器（5）的水工质入口相连，蒸发器（5）的水工质出口与除氧器（14）的入口相连，蒸发器（5）的有机工质出口与有机透平（7）的主汽门相连接，蒸发器（5）的有机工质入口与回热器（6）的液侧出口相连，有机透平（7）的阀汽出口与回热器（6）的汽侧入口相连，回热器（6）的汽侧出口与冷凝器（9）的入口相连，冷凝器（9）的出口与工质泵（12）的入口相连，工质泵（12）的出口与回热器（6）的液侧入口相连，冷凝器（9）的冷却水出口与冷却塔（10）上部入口相连，冷却塔（10）的下部出口与冷却水循环泵（11）的入口相连，冷却水循环泵（11）的出口与冷凝器（9）的冷却水入口相连；有机透平（7）的输出轴与减速器（8）相连，减速器（8）与#2发电机（18）相连接。
2.一种基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统的方法，其特征在于：太阳能集热器（1）直接产生的水蒸气经过背压式汽轮机（3）做功后，排汽一部分通过三通阀组Vh（17）后直接进入热力管网（19）供生产、生活的供热、制冷需求；另一部分进入低温有机朗肯发电系统，通过蒸发器（5）交换后，产生一定压力的有机工质蒸汽推动有机透平（7）做功，经过减速器（8）匹配转速后，发电机（18）输出电能，有机透平（7）排出的乏汽先经过回热器（6）热交换后，进入冷凝器（9），有机工质冷凝为液态后再由工质泵依次通过回热器、蒸发器，完成一个完整的有机朗肯热力循环；经过蒸发器换热后的排汽冷凝为水，和一部分补给水进入除氧器后，再由给水泵送至太阳能集热器入口，完成太阳能热电联产热力循环。
3.根据权利要求1所述的基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述太阳能集热器（1）为槽式或菲涅尔式。
4.根据权利要求1所述的基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述汽轮机（3）为背压式机组。
5.根据权利要求1所述的基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述蓄热器（2）的类型为蒸汽型蓄热器。
6.根据权利要求1所述基于双工质热力循环的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述有机透平（7）的类型为径流式。
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