CN104296420A - 一种可控水温的太阳能热电联产系统 - Google Patents

一种可控水温的太阳能热电联产系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可控水温的太阳能热电联产系统，包括热源侧循环回路和冷却水循环回路，所述热源侧循环回路和冷却水循环回路之间设置温度控制装置，通过温度控制装置的控制电磁阀门实现对热源侧循环回路和冷却水循环回路的温度控制；本发明可以实现对较低品位热量的利用，从而降低化石能源消耗和污染排放，使用有机工作介质的有机朗肯循环热电联产系统可以从温度为80℃到370℃的中低温热源中输出电能的同时为用户输出热能，从而使系统的整体经济性得到提高。

Description

一种可控水温的太阳能热电联产系统
技术领域
本发明涉及太阳能热电联产系统，尤其是一种可控水温的太阳能热电联产系统。
背景技术
随着人类经济的发展，生活水平的提高，煤炭、室友和天然气等化石能源的消耗量急剧上升，且随之产生了严重的环境污染与温室效应。能源危机与环境污染已成为当今社会亟待解决的问题。在此背景下，太阳能作为清洁的可再生能源，在作为替代能源与保护环境方面起到了重要的作用。
太阳能发电主要有光-电与光-热-电两种生产方式。其中，光-电生产由于效率过于低下，不能起到节能减排的作用。光-热-电则是一种很好的新型发电方式。而将太阳能发电与有机朗肯循环联合起来的热电联产系统，更能够提高节能减排的效果。
所谓有机朗肯循环，即在传统朗肯循环中采用有机工质(如R113，R123等)代替水作为工质推动膨胀机做功。将蒸汽朗肯循环中的工质由水替换为有机物。利用比水沸点低的有机工质进行朗肯动力循环，可以使朗肯动力循环能够利用温度较低的热能。近年来，有机朗肯循环的研究工作在国内外大力进行，它是利用低品位热能的理想方式。由于有机物的沸点较低，在相同蒸发温度下，气体密度较大，同样的质量流量下，有机工质体积流量较小，从而膨胀机的体积也较小，更适用于生产。
基于太阳能和有机朗肯循环的热电联产，可以实现较好的节能减排效果。但是在该系统中，温度方面存在两方面的问题：一是太阳能集热器的集热温度在300-400℃，但对于有机朗肯循环来讲，其所需的热源温度往往在160℃。过高的热源温度会导致有机工质在进入膨胀机时温度过高，对于封闭式膨胀机，电机与膨胀机构封闭在一起，过高的温度会导致电机损坏；二是冷却水在冷凝器中与有机工质换热，在冷凝器出口冷却水所能达到的温度往往在40℃左右，低于热电联产生产热水的温度要求。这两方面的问题会导致热电联产系统不能安全运行，同时达不到生产要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种可控水温的太阳能热电联产系统，可以实现对较低品位热量的利用，从而降低化石能源消耗和污染排放，使用有机工作介质的有机朗肯循环热电联产系统可以从温度为 80℃到370℃的中低温热源中输出电能的同时为用户输出热能，从而使系统的整体经济性得到提高。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种可控水温的太阳能热电联产系统，包括热源侧循环回路和冷却水循环回路，所述热源侧循环回路和冷却水循环回路之间设置温度控制装置，通过温度控制装置的控制电磁阀门实现对热源侧循环回路和冷却水循环回路的温度控制；
热源侧循环回路：包括太阳能集热器、热媒流体泵和发生器，所述太阳能集热器的热媒水出口经过热媒流体泵与温度控制装置连接，温度控制装置与发生器的热媒水入口连接，发生器的热媒水出口与太阳能集热器的热媒水入口连接；
冷却水循环回路：包括冷凝器、用户装置和冷却水泵，所述冷凝器的冷却水出口通过温度控制装置经过用户装置与冷却泵的入口连接，冷却泵的出口与冷凝器的冷却水入口连接；
温度控制装置：包括中央控制器，所述温度控制装置的热媒流体入口与第一控制器的入口连接，第一控制器的第一出口、第二出口均与中央控制器的热媒入口相连，中央控制器的热媒流体出口与温度控制装置的热媒流体出口连接，温度控制装置的冷却水入口与第二控制器的第一入口连接，第二控制器的第一出口、第二出口均与中央控制器的冷却水出口连接；所述温度控制装置还包括第一温度探头、第二温度探头和计算机模块，中央控制器的热媒流体出口通过第一温度探头与计算机模块的第一入口连接，中央控制器的冷却水出口通过第二温度探头与计算机模块的第二入口连接，计算机模块的输出分别与第一控制器、第二控制器连接；
所述可控水温的太阳能热电联产系统还包括与热源侧循环回路、冷却水循环回路相匹配的有机工质循环回路，包括发生器、膨胀机、冷凝器、工质泵、预热器和过热器，所述发生器的工质出口与过热器的入口连接，过热器的出口与膨胀机的工质入口连接，膨胀机的工质出口与冷凝器的工质入口连接，冷凝器的工质出口通过工质泵的入口连接，工质泵的出口与预热器的入口连接，预热器的出口与发生器的工质入口连接；
所述热源侧循环回路中，热媒流体泵与温度控制装置的入口连接，温度控制装置的出口与发生器的热媒水入口连接；所述冷却水循环回路中，冷凝器的冷却水出口与温度控制装置的冷却水入口连接，温度控制装置的冷却水出口经过用户装置与冷却泵的入口连接。
所述膨胀机可选用开启式膨胀机或者是半封闭式膨胀机或者是封闭式膨胀机；
所述换热器采用管壳式换热器或者是套管式换热器；
所述组成机构内的工质可以采用纯工质或者是混合工质。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的温度控制装置，可以有效控制有机朗肯循环中有机工质发生温度，使其在该温度下由液态工质发生成为过热气态工质，而后进入膨胀机膨胀做功。当有机朗肯循环系统采用封闭式膨胀机时，此时为保障发电机的正常运行，系统中的温度控制装置可以控制有机工质过热度，以避免温度过高损毁发电机。
2.本发明提供的温度控制装置，可以保证系统生产的热水温度满足用户需求。避免系统热水温度过低，用户使用还需再热的情况发生。
3.本发明使用太阳能作为系统动力，太阳能是一种可再生的清洁能源，满足节能减排的要求。
4. 本发明中的有机朗肯循环，是对低品位热能的一种有效利用，在能源匮乏的形势下，可实现节能减排。
附图说明
图1为可控水温的太阳能热电联产系统； 
图2为本发明中的温度控制装置；
其中：1为温度控制装置，2为发生器，3为膨胀机，4为发电机，5为冷凝器，6为工质泵，7为太阳能集热器，8为热媒流体泵，9为用户装置，10为冷却水泵，C-1为第一控制器，C-2为第二控制器，11为中央控制器，12为第一温度探头，13为第二温度探头，14为计算机模块，15为预热器，16为过热器。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
本发明公开的一种可控水温的热电联产系统，包括温度控制装置1、发生器2、膨胀机3、发电机4、冷凝器5、工质泵6、太阳能集热器7、热媒流体泵8、用户装置9、冷却水泵10。其中温度控制装置1包含第一温度探头12、第二温度探头13和计算机模块14等机构。该系统的热源采用太阳能，发电循环为有机朗肯循环。
本发明中的温度控制装置1，在系统运行时，第一控制器C-1、第二控制器C-2的入口与出口均处于常开状态。
有机工质循环过程为：过热气体有机工质从发生器2的工质出口流出，通过过热器16进入膨胀机3入口，经过膨胀后，从膨胀机3出口流出，随后进入冷凝器5的工质入口，冷凝成为液体工质，从冷凝器5的工质出口流出，经过工质泵6升压，从发生器2的工质入口通过预热器15进入发生器2进行发生过程。
热媒流体循环过程为：热媒流体从太阳能集热器7的出口流出，进入热媒流体泵8，经升压后，进入温度控制装置1的热媒流体入口，然后进入第一控制器C-1的入口，不进行换热的热媒流体从第一控制器C-1的第一出口流出，进行换热的热媒流体从第一控制器C-1的第二出口流出，两流体均从中央控制器11的热媒流体入口进入中央控制器11，从中央控制器11的热媒流体出口流出，经过温度控制装置1的热媒流体出口，进入发生器2的热媒流体入口，在发生器2中对有机工质加热，然后从发生器2的热媒流体出口流出，从太阳能集热器7的热媒流体入口回到太阳能集热器7。
冷却水从用户装置9的出口流出，进入冷却水泵10，经升压后，进入冷凝器5的冷却水入口，在冷凝器5中从有机工质吸热，然后从冷凝器5的冷却水出口流出，进入温度控制装置1的冷却水入口，然后进入第二控制器C-2的入口，不进行换热的冷却水从第二控制器C-2的第一出口流出，进行换热的冷却水从第二控制器C-2的第二出口流出，两流体均从中央控制器11的冷却水入口进入中央控制器11，从中央控制器11的冷却水出口流出，经过温度控制装置1的冷却水出口流出，进而从用户装置9的入口流向用户。
本发明通过第一温度探头12和第二温度探头13测量经过中央控制器11后冷热流体的温度，输入到计算机模块14，然后输出对第一控制器C-1和第二控制器C-2进行控制，调整热媒流体与冷却水进行换热的流量，从而实现热媒流体和冷却水的温度控制。
本发明中的高温热源采用太阳能，但不限于太阳能，可达到适宜温度并符合实际生产条件的低品位热源均可采用。
本发明中的用户装置9，具体包含送向用户的冷却水管道、补水泵等装置，具体结构不做详述，不限制形式。
本发明中所述发生器2、冷凝器5、中央控制器11均采用现有中央控制器，具体结构不做详述，不限制形式。

Claims (5)

1.一种可控水温的太阳能热电联产系统，其特征在于：包括热源侧循环回路和冷却水循环回路，所述热源侧循环回路和冷却水循环回路之间设置温度控制装置，通过温度控制装置的控制电磁阀门实现对热源侧循环回路和冷却水循环回路的温度控制；
热源侧循环回路：包括太阳能集热器、热媒流体泵和发生器，所述太阳能集热器的热媒水出口经过热媒流体泵与温度控制装置连接，温度控制装置与发生器的热媒水入口连接，发生器的热媒水出口与太阳能集热器的热媒水入口连接；
冷却水循环回路：包括冷凝器、用户装置和冷却水泵，所述冷凝器的冷却水出口通过温度控制装置经过用户装置与冷却泵的入口连接，冷却泵的出口与冷凝器的冷却水入口连接；
温度控制装置：包括中央控制器，所述温度控制装置的热媒流体入口与第一控制器的入口连接，第一控制器的第一出口、第二出口均与中央控制器的热媒入口相连，中央控制器的热媒流体出口与温度控制装置的热媒流体出口连接，温度控制装置的冷却水入口与第二控制器的第一入口连接，第二控制器的第一出口、第二出口均与中央控制器的冷却水出口连接；所述温度控制装置还包括第一温度探头、第二温度探头和计算机模块，中央控制器的热媒流体出口通过第一温度探头与计算机模块的第一入口连接，中央控制器的冷却水出口通过第二温度探头与计算机模块的第二入口连接，计算机模块的输出分别与第一控制器、第二控制器连接；
所述可控水温的太阳能热电联产系统还包括与热源侧循环回路、冷却水循环回路相匹配的有机工质循环回路，包括发生器、膨胀机、冷凝器、工质泵、预热器和过热器，所述发生器的工质出口与过热器的入口连接，过热器的出口与膨胀机的工质入口连接，膨胀机的工质出口与冷凝器的工质入口连接，冷凝器的工质出口通过工质泵的入口连接，工质泵的出口与预热器的入口连接，预热器的出口与发生器的工质入口连接。
2.根据权利要求1所述的可控水温的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述热源侧循环回路中，热媒流体泵与温度控制装置的入口连接，温度控制装置的出口与发生器的热媒水入口连接；所述冷却水循环回路中，冷凝器的冷却水出口与温度控制装置的冷却水入口连接，温度控制装置的冷却水出口经过用户装置与冷却泵的入口连接。
3.根据权利要求2所述的可控水温的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述膨胀机可选用开启式膨胀机或者是半封闭式膨胀机或者是封闭式膨胀机。
4.根据权利要求3所述的可控水温的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述换热器采用管壳式换热器或者是套管式换热器。
5.根据权利要求4所述的可控水温的太阳能热电联产系统，其特征在于：所述组成机构内的工质可以采用纯工质或者是混合工质。
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