CN106958963A - 基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统 - Google Patents
基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，包括太阳能集热系统、有机朗肯循环发电系统、溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统，所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器A、汽轮机、发电机、冷凝器A和工质泵，所述蒸发器A分别与蓄热器、再热器连接，所述蒸发器A又分别与工质泵、汽轮机连接构成利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统；并与溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统连接构成整体冷热电联产系统。有益效果：本发明利用太阳能中低温型能源将有机朗肯循环和溴化锂制冷相结合，既达到了温度对口、梯级利用、以热制冷的目的，又实现了电力供应、冬季供暖、夏季供冷的冷热电联产。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源的冷热电联产领域，尤其涉及一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统。
背景技术
太阳能是一种清洁的可再生能源，太阳能热发电在经济性、技术性及环保性等众多方面具有较大优势。但是，太阳能的分散性强，能流密度低，只适合得到中低温热能，这也就限制了太阳能的应用范围。
有机朗肯循环是以有机物为工质的朗肯循环，可以有效回收中低品位的热能，且有机工质在相同温度条件下比水蒸气的声速低，在较低的转速下仍可产生较高的膨胀效率。有机工质的冷凝压力高，在系统运行中空气渗入系统的可能性较低，又因为有机工质的凝固点低，在寒冷的条件下冷凝器也不需要增加防冻设施。从这些方面考虑，有机朗肯循环可以很好的应用于太阳能利用方面。
溴化锂吸收式制冷循环不需要压缩机为循环提供动力，也就相应的减少了系统电能的输入，而为循环所需的驱动热能由太阳能提供，并且温度对口，符合能量梯级利用原则。
利用冷热电联产系统可以优化我国的能源结构，节约了能源又保护了环境，具有极高的经济与社会效益，是可持续发展在能源领域的必然选择。但是传统的冷热电联产系统还存在着一些问题。目前的冷热电联产系统多是以燃气轮机与蒸汽朗肯循环及吸收式制冷结合进行冷热电三联供，虽然燃料的燃烧可以得到高品位的能量，但是系统的排热温度仍较高，并不能物尽其用。与此同时，化石燃料的燃烧也对环境造成了一定程度的污染。而利用有机朗肯循环发电则能很好的避免这一问题。中低温热源在生活中常见且易于得到，虽然其品位不高，但是储量巨大，可以作为联产系统的热源。同时由于利用了有机工质，有机朗肯循环对于热源的最低温度的要求降低了很多，通过选用合适的工质，可以将有机朗肯循环很好的与中低温热源比如太阳能相匹配，再结合吸收式制冷，则可以高效的提供冷量、热量和电量，物尽其用的同时又节能环保。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，可以有效利用中低温型热源，适用于太阳能较丰富且对供电供冷供热要求灵活的地区；又可以实现冬季供暖，夏季供冷以及全年电力供应和提供生活热水，实现了能量的对口匹配及能量的梯级利用。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，包括太阳能集热系统、有机朗肯循环发电系统、溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、蓄热器、热水泵；所述太阳能集热器入口与热水泵出口连接，所述太阳能集热器出口与蓄热器入口连接；其特征是：所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器A、汽轮机、发电机、冷凝器A和工质泵，所述蒸发器A的热源侧入口与太阳能集热系统的蓄热器出口连接，所述蒸发器A的热源侧出口连接有再热器，所述蒸发器A的工质侧入口与工质泵出口连接，所述蒸发器A的工质侧出口与汽轮机入口连接，所述汽轮机与发电机同轴连接，所述汽轮机出口与冷凝器A的工质侧入口连接，所述冷凝器A的工质侧出口与工质泵入口连接，构成利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统；利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统分别与溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统连接构成整体冷热电联产系统。
所述溴化锂吸收式制冷机，包括发生器、蒸发器B、吸收器、冷凝器B；所述蒸发器B分别与用户制冷设备的冷冻水入口及冷冻水出口连接，所述发生器入口与太阳能集热系统的蓄热器出口连接，所述发生器出口连接有换热器，所述吸收器冷却水侧入口连接有冷却水入口，所述吸收器冷却水侧出口与冷凝器B冷却水侧入口连接，所述冷凝器B冷却水侧出口也与换热器连接，构成溴化锂吸收式制冷系统。
所述末端供暖、供生活用热系统包括换热器、再热器、末端低温供暖设备、蓄热水箱；所述换热器热源侧出口与热水泵入口相连接，所述换热器冷却水侧出口和蓄热水箱连接，所述再热器热源侧出口与热水泵入口连接，所述再热器冷却水侧入口与有机朗肯循环发电系统的冷凝器A冷却水侧出口连接，所述再热器冷却水侧出口与末端低温供暖设备及蓄热水箱连接，所述末端低温供暖设备及冷却水入口与有机朗肯循环发电系统的冷凝器A冷却水侧入口相连，所述蓄热水箱设有供给生活热水的冷却水出口，构成末端供暖、供生活用热系统。
所述太阳能集热器为槽式集热器或CPC集热器。
所述末端供暖、供生活用热系统采用风机盘管、地板辐射盘管或散热片结构。
所述有机朗肯循环发电系统的汽轮机采用涡旋式汽轮机。
所述蓄热水箱内安装有温度传感器，所述温度传感器连接有温度控制器。
所述蓄热器内安装有温度传感器，所述温度传感器连接有温度控制器。
有益效果：本发明借助于有机朗肯循环充分利用了太阳能中低温型可再生能源，低碳环保，节能清洁。同时也符合能量的梯级利用原则，减少了高品位能源的浪费，具有较高的能源利用率，在一定程度上缓解了能源供需矛盾。本系统以太阳能作为热源，将有机朗肯循环和溴化锂吸收式制冷相结合，既达到了温度对口、梯级利用、以热制冷的目的，又实现了电力供应、冬季供暖、夏季供冷及全年提供生活热水的冷热电联产。采用有机朗肯循环子系统发电一方面可以充分利用中低温热源，另一方面大大降低了汽轮发电机的尺寸，能够灵活放置，同时基于有机朗肯循环的发电子系统的运行更加稳定可靠。本系统结构采取模块化组合，安装方便，增强了整个系统的安全操作弹性及灵活性。另外，本发明也对将冷热电联产系统应用于小型单体建筑比如别墅建筑提供了一种方法。
附图说明
图1是本发明的系统结构连接示意图；
图中：1-太阳能集热器；2-蓄热器；3-热水泵；4-蒸发器A；5-汽轮机；6-冷凝器A；7-工质泵；8-发电机；9-发生器；10-蒸发器B；11-吸收器；12-冷凝器B；13-溴化锂吸收式制冷机；14-换热器；15-再热器；16-末端低温供暖设备；17-蓄热水箱；#1，#2，#3，#4，#5，#6，#7，#8，#9，#10-阀门；a-冷却水入口；b-冷却水出口；c-冷冻水入口；d-冷冻水出口。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种基于有机朗肯循环及溴化锂吸收式制冷的太阳能冷热电联产系统，包括太阳能集热系统，有机朗肯循环发电系统，溴化锂吸收式制冷系统及末端供暖、供生活用热系统。
本实施例中所述太阳能集热系统包括太阳能集热器1、蓄热器2、热水泵3及连接管道和阀门在内；所述热水泵3出口与太阳能集热器1入口相连接，太阳能集热器1采用槽式集热器或者CPC集热器，所述太阳能集热器1出口与蓄热器2入口相连接，所述蓄热器内安装有温度传感器，所述温度传感器与系统温度控制器连接。所述太阳能集热器中的流动介质为水。
所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器A4、汽轮机5、发电机8、冷凝器A6、工质泵7及相应的连接管道和阀门；所述蒸发器A4热源侧入口与蓄热器2出口相连接，所述蒸发器A4热源侧出口与再热器15热源侧入口相连接，所述蒸发器A4工质侧入口与工质泵7出口相连接，所述蒸发器A4工质侧出口与汽轮机5入口相连接，所述汽轮机5与发电机8同轴连接，所述汽轮机5为涡旋式汽轮机，所述汽轮机5出口与冷凝器A6工质侧入口相连接，所述冷凝器A6工质侧出口与工质泵7入口相连接，所述冷凝器A6冷却水侧入口与末端低温供暖设备16及冷却水入口a相连接。利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统分别与溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统连接构成整体冷热电联产系统。
所述溴化锂吸收式制冷机13，包括发生器9、蒸发器B10、吸收器11、冷凝器B12、连接管道和阀门在内；所述蒸发器B 10分别与用户制冷设备的冷冻水入口c及冷冻水出口d相连接，所述蓄热器2出口与发生器9入口相连接，所述发生器9出口与换热器14热源侧入口相连接，所述吸收器11冷却水侧入口与冷却水入口a相连接，冷却水为过滤后的自来水，所述吸收器11冷却水侧出口与冷凝器B 12冷却水侧入口相连接，所述冷凝器B12冷却水侧出口与换热器14冷却水侧入口相连接，构成溴化锂吸收式制冷系统。
所述末端供暖、供生活用热系统包括换热器14、再热器15、末端低温供暖设备16、蓄热水箱17及相应的连接管道和阀门；所述换热器14热源侧出口与热水泵3入口相连接，所述换热器14冷却水侧出口和蓄热水箱17相连接，所述再热器15热源侧出口与热水泵3入口相连接，所述再热器15冷却水侧入口与冷凝器A6冷却水侧出口相连接，所述再热器15冷却水侧出口与末端低温供暖设备16及蓄热水箱17相连接，所述末端低温供暖设备16及冷却水入口a与有机朗肯循环发电系统的冷凝器A6冷却水侧入口相连，所述蓄热水箱17的冷却水出口b与生活用水设备连接，所述蓄热水箱17内安装有温度传感器，所述温度传感器与系统温度控制器连接，构成末端供暖、供生活用热系统。
工作原理
系统在供暖季运行时阀门#1，阀门#3和阀门#6开启，阀门#2，阀门#4和阀门#5关闭；非供暖季运行时阀门#1关闭，其余阀门均开启，其中阀门#3和阀门#4之间，阀门#5和阀门#6之间均为联动控制，并且阀门的开启度由配套的自控系统根据末端冷热负荷决定。系统中的阀门#7和阀门#8之间，阀门#9和阀门#10之间为联动控制，并且各个阀门的开启度由配套的自控系统依次根据末端冷热负荷、发电功率和集热温度决定。发电机产生的电能供应于整个冷热电联产系统中的各水泵、电磁阀和控制器等。
具体工作过程
1)供暖季系统运行时阀门#1，阀门#3和阀门#6开启，阀门#2，阀门#4和阀门#5关闭。太阳能集热器1吸收太阳辐射，通过对阀门#9和阀门#10的联动控制，当介质温度满足要求时流入蓄热器2中，其中一股流体经由阀门#7和阀门#3进入换热器14中换热，另一股流体经由阀门#8进入蒸发器A4中放热，继而进入再热器15中换热，然后与来自换热器14中的热源流体共同通过热水泵3流回太阳能集热器1中再次集热。蒸发器A4中的有机工质蒸发吸热后变为有机蒸汽，流经涡旋式汽轮机5膨胀作功的同时带动了发电机8发电，产生的电能可用于整个联产系统中各水泵、电磁阀和控制器等用电设备中，作功后的有机蒸汽流入冷凝器A6冷凝放热，变为液体流入工质泵7加压，再流回蒸发器A4，完成发电循环。冷凝器A6中的冷却水吸热后经由再热器15再热进入末端低温供暖设备16为末端用户供暖,放热后的冷却水回流至冷凝器A6中继续吸热，完成供暖循环。
2)当采暖季需要开启溴化锂吸收式制冷子系统时，阀门#2保持关闭状态，开启阀门#4和阀门#5，此时依据冷负荷情况调节阀门#3和阀门#6的开启度，蒸发器B出口给末端用户提供冷冻水。
3)非采暖季系统运行时阀门#1关闭，阀门#2开启，需要制冷时，阀门#4和阀门#5开启，阀门#3和阀门#6依据冷负荷的大小调节开度，当所需制冷量较大时，减小阀门#3和阀门#6的开度，直至关闭；当所需制冷量较小时，适当加大阀门#3和阀门#6的开度。其余子系统的运行情况基本与采暖季一致。
4)本实施例系统运行时依据电负荷、热负荷和冷负荷的情况调控系统中阀门#7和阀门#8的开启度，以更好的满足需求。
上述参照实施例对该一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，包括太阳能集热系统、有机朗肯循环发电系统、溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、蓄热器、热水泵；所述太阳能集热器入口与热水泵出口连接，所述太阳能集热器出口与蓄热器入口连接；其特征是：所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器A、汽轮机、发电机、冷凝器A和工质泵，所述蒸发器A的热源侧入口与太阳能集热系统的蓄热器出口连接，所述蒸发器A的热源侧出口连接有再热器，所述蒸发器A的工质侧入口与工质泵出口连接，所述蒸发器A的工质侧出口与汽轮机入口连接，所述汽轮机与发电机同轴连接，所述汽轮机出口与冷凝器A的工质侧入口连接，所述冷凝器A的工质侧出口与工质泵入口连接构成利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统；利用太阳能集热热源的有机朗肯循环发电系统分别与溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统连接构成整体冷热电联产系统。
2.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述溴化锂吸收式制冷机，包括发生器、蒸发器B、吸收器、冷凝器B；所述蒸发器B分别与用户制冷设备的冷冻水入口及冷冻水出口连接，所述发生器入口与太阳能集热系统的蓄热器出口连接，所述发生器出口连接有换热器，所述吸收器冷却水侧入口连接有冷却水入口，所述吸收器冷却水侧出口与冷凝器B冷却水侧入口连接，所述冷凝器B冷却水侧出口也与换热器连接，构成溴化锂吸收式制冷系统。
3.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述末端供暖、供生活用热系统包括换热器、再热器、末端低温供暖设备、蓄热水箱；所述换热器热源侧出口与热水泵入口相连接，所述换热器冷却水侧出口和蓄热水箱连接，所述再热器热源侧出口与热水泵入口连接，所述再热器冷却水侧入口与有机朗肯循环发电系统的冷凝器A冷却水侧出口连接，所述再热器冷却水侧出口与末端低温供暖设备及蓄热水箱连接，所述末端低温供暖设备及冷却水入口与有机朗肯循环发电系统的冷凝器A冷却水侧入口相连，所述蓄热水箱设有供给生活热水的冷却水出口，构成末端供暖、供生活用热系统。
4.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述太阳能集热器为槽式集热器或CPC集热器。
5.根据权利要求1或3所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述末端供暖、供生活用热系统采用风机盘管、地板辐射盘管或散热片结构。
6.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述有机朗肯循环发电系统的汽轮机采用涡旋式汽轮机。
7.根据权利要求3所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述蓄热水箱内安装有温度传感器，所述温度传感器连接有温度控制器。
8.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环及溴化锂制冷的太阳能冷热电联产系统，其特征是：所述蓄热器内安装有温度传感器，所述温度传感器连接有温度控制器。
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2017
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