CN105545619A - 一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统 - Google Patents

一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统，包括太阳能集热器、中低温储热系统、超临界布雷顿循环系统及中低温有机朗肯循环系统；所述超临界布雷顿循环系统包括布雷顿循环多级透平发电系统、布雷顿循环回热器、预冷器及压缩机；所述中低温有机朗肯循环系统包括有机朗肯循环加热器、有机朗肯循环透平、有机朗肯循环回热器、冷凝器及有机工质泵。本发明的太阳能集热温度及热效率较高，并且能够有效的解决太阳能时间分布不均的问题，同时蓄热温度较低。

Description

一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电系统，具体涉及一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，由于太阳能光热发电在高温集热时理论热效率高，并且理论上可以采用较为廉价的蓄热储能来解决太阳能时间分布不均的问题，使得光热发电越发受到重视。
光热发电需要将光能转换为热能，再通过热力循环实现热电转换，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质(二氧化碳、氦气和氧化二氮等)具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。
太阳能的利用还需要解决时间分布不均的问题，常用的方法是蓄热。但热力循环希望通过提高循环最高温度来提高热效率，而随着最高温度的提高蓄热温度也不断提高，这给蓄热材料、蓄热系统容器、保温措施等都带来了更大的困难。若能够在保持热力循环较高温度的同时，降低蓄热温度则可以降低系统设计和运行的难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统，该系统的太阳能集热温度及热效率较高，并且能够有效的解决太阳能时间分布不均的问题，同时蓄热温度较低。
为达到上述目的，本发明所述的超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统包括太阳能集热器、中低温储热系统、超临界布雷顿循环系统及中低温有机朗肯循环系统；
所述超临界布雷顿循环系统包括布雷顿循环多级透平发电系统、布雷顿循环回热器、预冷器及压缩机，压缩机的超临界工质出口与布雷顿循环回热器吸热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器吸热侧的出口与太阳能集热器的工质入口相连通，太阳能集热器的工质出口经布雷顿循环多级透平发电系统与布雷顿循环回热器放热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器放热侧的出口与预冷器的超临界工质入口相连通，预冷器的超临界工质出口与压缩机的超临界工质入口相连通；
所述中低温有机朗肯循环系统包括有机朗肯循环加热器、有机朗肯循环透平、有机朗肯循环回热器、冷凝器及有机工质泵，有机朗肯循环加热器的导热油出口及导热油入口通过中低温储热系统分别与预冷器的导热油入口及导热油出口相连通，有机朗肯循环加热器的有机工质出口经有机朗肯循环透平与有机朗肯循环回热器放热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器放热侧的出口经冷凝器及有机工质泵与有机朗肯循环回热器吸热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器吸热侧的出口与有机朗肯循环加热器的有机工质入口连通。
所述中低温储热系统包括中低温蓄热器、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀及导热油泵；
所述预冷器的导热油出口与第一三通阀的第一个开口相连通，第一三通阀的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器的一个开口及有机朗肯循环加热器的导热油入口相连通，有机朗肯循环加热器的导热油出口与第四三通阀的第一个开口相连通，第四三通阀的第二个开口及第三个开口分别与第三三通阀的第一个开口及导热油泵的入口相连通，第三三通阀的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器的另一个开口及第二三通阀的第一个开口相连通，第二三通阀的第二个开口及第三个开口分别与导热油泵的出口及所述预冷器的导热油入口连通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统在使用过程中，先将太阳能集热器获取的太阳能高温热量被超临界布雷顿循环利用，从而有效的保证系统在较高集热温度下安全运行，同时超临界工质稳定且不存在分解等问题，确保系统整体具有较高的热效率，另外，超临界布雷顿循环排出的废热通过导热油对中低温储热系统中的蓄热材料进行加热，中低温储热系统能够在需要的时候与中低温有机朗肯循环系统进行热交换，从而解决太阳能随时间分布不均匀的问题。另外，中低温蓄热系统存储的蓄热材料的最高温度远小于超临界布雷顿循环系统中超临界工质的最高温度，极大的降低了高温蓄热带来的困难。在实际使用时，中低温有机朗肯循环系统能够仅在夜间运行，避免环境温度高无法维持较低冷凝温度的问题，保证有机朗肯循环的热效率；而在白天时，主要依靠超临界布雷顿循环系统进行发电，超临界布雷顿循环系统中的预冷是通过向导热油排热完成的，避免了受到环境温度的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为太阳能集热器、2为布雷顿循环多级透平发电系统、3为布雷顿循环回热器、4为预冷器、5为压缩机、6为第一三通阀、7为中低温蓄热器、8为第二三通阀、9为第三三通阀、10为导热油泵、11为第四三通阀、12为有机朗肯循环加热器、13为有机朗肯循环透平、14为有机朗肯循环回热器、15为冷凝器、16为有机工质泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统包括太阳能集热器1、中低温储热系统、超临界布雷顿循环系统及中低温有机朗肯循环系统；所述超临界布雷顿循环系统包括布雷顿循环多级透平发电系统2、布雷顿循环回热器3、预冷器4及压缩机5，压缩机5的超临界工质出口与布雷顿循环回热器3吸热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器3吸热侧的出口与太阳能集热器1的工质入口相连通，太阳能集热器1的工质出口经布雷顿循环多级透平发电系统2与布雷顿循环回热器3放热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器3放热侧的出口与预冷器4的超临界工质入口相连通，预冷器4的超临界工质出口与压缩机5的超临界工质入口相连通；所述中低温有机朗肯循环系统包括有机朗肯循环加热器12、有机朗肯循环透平13、有机朗肯循环回热器14冷凝器15及有机工质泵16，有机朗肯循环加热器12的导热油出口及导热油入口通过中低温储热系统分别与预冷器4的导热油入口及导热油出口相连通，有机朗肯循环加热器12的有机工质出口经有机朗肯循环透平13与有机朗肯循环回热器14放热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器14放热侧的出口经冷凝器15及有机工质泵16与有机朗肯循环回热器14吸热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器14吸热侧的出口与有机朗肯循环加热器12的有机工质入口连通。
需要说明的是，所述中低温储热系统包括中低温蓄热器7、第一三通阀6、第二三通阀8、第三三通阀9、第四三通阀11及导热油泵10；预冷器4的导热油出口与第一三通阀6的第一个开口相连通，第一三通阀6的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器7的一个开口及有机朗肯循环加热器12的导热油入口相连通，有机朗肯循环加热器12的导热油出口与第四三通阀11的第一个开口相连通，第四三通阀11的第二个开口及第三个开口分别与第三三通阀9的第一个开口及导热油泵10的入口相连通，第三三通阀9的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器7的另一个开口及第二三通阀8的第一个开口相连通，第二三通阀8的第二个开口及第三个开口分别与导热油泵10的出口及所述预冷器4的导热油入口相连通。
本发明的具体工作过程为：
太阳能集热器1将太阳辐射的光能转换为高温热能，超临界工质在太阳能集热器1中被加热为高温高压超临界工质，高温高压超临界工质通过布雷顿循环多级透平发电系统2做功，做功后的超临界工质进入布雷顿循环回热器3的一侧放热，然后进入预冷器4中将废热传递给中低温蓄热系统中的导热油，经过预冷后的超临界工质进入压缩机5加压，高压超临界工质进入布雷顿循环回热器3的另一侧吸热，最后再次进入太阳能集热器1，完成整个布雷顿循环。
在超临界布雷顿循环系统运行的同时通过中低温蓄热系统进行蓄热，然后在有机朗肯循环系统运行时中低温蓄热系统进行放热。其中，蓄热时，中低温蓄热系统与预冷器4保持联通，导热油在导热油泵10的输送下依次通过第二三通阀8、预冷器4、第一三通阀6、中低温蓄热器7、第三三通阀9及第四三通阀11，使热量通过导热油传递给中低温蓄热器7中的蓄热材料储存。放热时，使中低温蓄热系统与有机朗肯循环加热器12保持联通，导热油在导热油泵10的输送下，依次通过第二三通阀8、第三三通阀9、中低温蓄热器7、第一三通阀6、有机朗肯循环加热器12和第四三通阀11；热量先由中低温蓄热器7中的蓄热材料传递给导热油，再由导热油加热有机工质。
被加热后的有机工质进入有机朗肯循环透平13做功，做功后的有机工质进入有机朗肯循环回热器14的一侧放热，然后再进入冷凝器15中被冷却为液态，液态有机工质被有机工质泵16加压后送入有机朗肯循环回热器14的另一侧吸热，然后再进入有机朗肯循环加热器12中吸热，完成整个有机朗肯循环。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、中低温储热系统、超临界布雷顿循环系统及中低温有机朗肯循环系统；
所述超临界布雷顿循环系统包括布雷顿循环多级透平发电系统(2)、布雷顿循环回热器(3)、预冷器(4)及压缩机(5)，压缩机(5)的超临界工质出口与布雷顿循环回热器(3)吸热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器(3)吸热侧的出口与太阳能集热器(1)的工质入口相连通，太阳能集热器(1)的工质出口经布雷顿循环多级透平发电系统(2)与布雷顿循环回热器(3)放热侧的入口相连通，布雷顿循环回热器(3)放热侧的出口与预冷器(4)的超临界工质入口相连通，预冷器(4)的超临界工质出口与压缩机(5)的超临界工质入口相连通；
所述中低温有机朗肯循环系统包括有机朗肯循环加热器(12)、有机朗肯循环透平(13)、有机朗肯循环回热器(14)、冷凝器(15)及有机工质泵(16)，有机朗肯循环加热器(12)的导热油出口及导热油入口通过中低温储热系统分别与预冷器(4)的导热油入口及导热油出口相连通，有机朗肯循环加热器(12)的有机工质出口经有机朗肯循环透平(13)与有机朗肯循环回热器(14)放热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器(14)放热侧的出口经冷凝器(15)及有机工质泵(16)与有机朗肯循环回热器(14)吸热侧的入口相连通，有机朗肯循环回热器(14)吸热侧的出口与有机朗肯循环加热器(12)的有机工质入口连通。
2.根据权利要求1所述的超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统，其特征在于，所述中低温储热系统包括中低温蓄热器(7)、第一三通阀(6)、第二三通阀(8)、第三三通阀(9)、第四三通阀(11)及导热油泵(10)；
所述预冷器(4)的导热油出口与第一三通阀(6)的第一个开口相连通，第一三通阀(6)的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器(7)的一个开口及有机朗肯循环加热器(12)的导热油入口相连通，有机朗肯循环加热器(12)的导热油出口与第四三通阀(11)的第一个开口相连通，第四三通阀(11)的第二个开口及第三个开口分别与第三三通阀(9)的第一个开口及导热油泵(10)的入口相连通，第三三通阀(9)的第二个开口及第三个开口分别与中低温蓄热器(7)的另一个开口及第二三通阀(8)的第一个开口相连通，第二三通阀(8)的第二个开口及第三个开口分别与导热油泵(10)的出口及所述预冷器(4)的导热油入口连通。
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