CN107575270B - 多热源耦合有机朗肯循环(orc)发电及供热采暖系统 - Google Patents
多热源耦合有机朗肯循环(orc)发电及供热采暖系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种多热源耦合有机朗肯循环(ORC)发电及供热采暖系统，其特征在于，包括有五个子系统：多热源耦合系统(1)、水箱调控系统(2)、有机朗肯循环发电系统(3)、供热系统(4)、采暖系统(5)。多热源耦合系统(1)通过管道将热工质输送至水箱调控系统(2)，热工质在水箱调控系统(2)中汇流并调控温度后，分别进入有机朗肯循环发电系统(3)、供热系统(4)、采暖系统(5)。其中，供热系统(4)与采暖系统(5)并联连接。其同时耦合了三种热源：太阳能、燃气锅炉、地热能，根据用户终端的具体需求情况，可通过水箱调控系统合理分配热源工质，可实现热电联供，具有成本低廉，易于建设，多能互补，运行效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多热源耦合有机朗肯循环(ORC)发电及供热采暖系统，属于能源利用技术领域。
背景技术
随着经济的迅速发展，人类社会对能源的需求量急剧攀升。目前，在能源利用技术领域，能源消费结构相对简单，大多数的能源开发利用系统往往采用单一热源为用户提供发电或供热服务，能源利用效率整体较低，并造成一系列的环境污染问题，不能满足人们的要求，与实现人类可持续发展目标而相悖。
随着人们对能源安全问题的愈加重视，相关的中低温余热回收利用技术相继出现，并逐渐运用于日常生产生活中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多热源耦合有机朗肯循环(ORC)发电及供热采暖系统，其同时耦合了三种热源：太阳能、燃气锅炉、地热能，根据用户终端的具体需求情况，可通过水箱调控系统合理分配热源工质，可实现热电联供，具有成本低廉，易于建设，多能互补，运行效率高等优点。
为了实现上述技术效果，本发明采用如下技术方案：
一种多热源耦合有机朗肯循环(ORC)发电及供热采暖系统，其特征在于，包括有五个子系统：多热源耦合系统1、水箱调控系统2、有机朗肯循环发电系统3、供热系统4、采暖系统5。多热源耦合系统1通过管道将热工质输送至水箱调控系统2，热工质在水箱调控系统2中汇流并调控温度后，分别进入有机朗肯循环发电系统3、供热系统4、采暖系统5。其中，供热系统4与采暖系统5并联连接。
一、多热源耦合系统1包括有光伏组件发电集热模块、燃气锅炉供热模块、地热能集热模块以及冷源汇流箱。所述光伏组件发电集热模块包括有接线盒101、硅电池光电转化部件102、组件背板集热部件103，所述硅电池光电转化部件102将入射到组件表面的一部分太阳辐射能转换成电能，并通过所述接线盒101将电能并入电网，所述组件背板集热部件103将没被转换成电能的剩余太阳辐射能转换成工质的热能。所述燃气锅炉供热模块是由燃气锅炉109组成，所述燃气锅炉109通过燃烧天然气来实现加热工质水的目的。所述地热能集热模块是由深埋于土壤中的地热能换热器112组成，工质水通过热传导、热对流方式将地热能转换成热能。所述冷源汇流箱106将已流经所述有机朗肯循环发电系统3、所述供热系统4、所述采暖系统5的工质水进行汇集，再由所述冷源汇流箱106分流至所述光伏组件发电集热模块、所述燃气锅炉供热模块、所述地热能集热模块。它们的连接关系是：所述冷源汇流箱106设置有三个出口，第一个出口通过管道依次连接电磁流量阀105、给水泵104、组件背板集热部件103、光伏组件集热水箱201。所述冷源汇流箱106的第二个出口通过管道依次连接电磁流量阀107、给水泵108、燃气锅炉109、燃气锅炉集热水箱206。所述冷源汇流箱106的第三个出口通过管道依次连接电磁流量阀110、给水泵111、地热能换热器112、地热能集热水箱210。
二、水箱调控系统2包括有光伏组件集热水箱201、燃气锅炉集热水箱206、地热能集热水箱210、供热采暖系统调控水箱204、有机朗肯循环发电系统调控水箱208。它们的连接关系是：所述光伏组件集热水箱201设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀202、供热采暖系统调控水箱204，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀203、有机朗肯循环发电系统调控水箱208。所述燃气锅炉集热水箱206设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀205、所述供热采暖系统调控水箱204，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀207、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱208。所述地热能集热水箱210设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀211、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱208，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀212、所述供热采暖系统调控水箱204。
三、所述有机朗肯循环发电系统3包括有蒸发器303、涡旋膨胀机301、发电机、冷凝器304、冷凝泵305。它们的连接关系是：所述蒸发器303、涡旋膨胀机301、冷凝器304、冷凝泵305顺次连接形成一个循环回路，并采用R141b作为有机工质。所述涡旋膨胀机301连接安装有发电机302。
四、所述供热系统4可为用户提供热水，包括有电磁流量阀401、换热器402、循环泵403。它们的连接关系是：所述电磁流量阀401、换热器402、循环泵403通过管道依次连接，所述换热器402可为用户提供热水服务。
五、所述采暖系统5可为用户提供暖气，包括有电磁流量阀501、散热终端502、循环泵503。它们的连接关系是：所述电磁流量阀501、散热终端502、循环泵503通过管道依次连接，所述散热终端502可为用户提供暖气服务。
本发明同时耦合了太阳能、燃气锅炉、地热能三种热源，根据用户终端的具体需求情况，可通过水箱调控系统合理分配热源工质，可实现热电联供，具有成本低廉，易于建设，多能互补，运行效率高等优点。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图中数字标记：
多热源耦合系统1、水箱调控系统2、有机朗肯循环发电系统3、供热系统4、采暖系统5
101接线盒，102硅电池光电转化部件，103组件背板集热部件，104给水泵，105电磁流量阀，106冷源汇流箱，107电磁流量阀，108给水泵，109燃气锅炉，110电磁流量阀，111给水泵，112地热能换热器，201光伏组件集热水箱，202电磁流量阀，203电磁流量阀，204供热采暖系统调控水箱，205电磁流量阀，206燃气锅炉集热水箱，207电磁流量阀，208有机朗肯循环发电系统调控水箱，209电磁流量阀，210地热能集热水箱，211电磁流量阀，212电磁流量阀，301涡旋膨胀机，302发电机，303蒸发器，304冷凝器，305冷凝泵，401电磁流量阀，402换热器，403循环泵，501电磁流量阀，502散热终端，503循环泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种多热源耦合有机朗肯循环(ORC)发电及供热采暖系统，包括有五个子系统：多热源耦合系统1、水箱调控系统2、有机朗肯循环发电系统3、供热系统4、采暖系统5。多热源耦合系统1通过管道将热工质输送至水箱调控系统2，热工质在水箱调控系统2中汇流并调控温度后，分别进入有机朗肯循环发电系统3、供热系统4、采暖系统5。其中，供热系统4与采暖系统5并联连接。
一、
多热源耦合系统1包括有光伏组件发电集热模块、燃气锅炉供热模块、地热能集热模块以及冷源汇流箱。
所述光伏组件发电集热模块包括有接线盒101、硅电池光电转化部件102、组件背板集热部件103，所述硅电池光电转化部件102将入射到组件表面的一部分太阳辐射能转换成电能，并通过所述接线盒101将电能并入电网，所述组件背板集热部件103将没被转换成电能的剩余太阳辐射能转换成工质的热能。
所述燃气锅炉供热模块是由燃气锅炉109组成，所述燃气锅炉109通过燃烧天然气来实现加热工质水的目的。
所述地热能集热模块是由深埋于土壤中的地热能换热器112组成，工质水通过热传导、热对流方式将地热能转换成热能。
所述冷源汇流箱106将已流经所述有机朗肯循环发电系统3、所述供热系统4、所述采暖系统5的工质水进行汇集，再由所述冷源汇流箱106分流至所述光伏组件发电集热模块、所述燃气锅炉供热模块、所述地热能集热模块。
它们的连接关系是：所述冷源汇流箱106设置有三个出口，第一个出口通过管道依次连接电磁流量阀105、给水泵104、组件背板集热部件103、光伏组件集热水箱201。所述冷源汇流箱106的第二个出口通过管道依次连接电磁流量阀107、给水泵108、燃气锅炉109、燃气锅炉集热水箱206。所述冷源汇流箱106的第三个出口通过管道依次连接电磁流量阀110、给水泵111、地热能换热器112、地热能集热水箱210。
二、
水箱调控系统2包括有光伏组件集热水箱201、燃气锅炉集热水箱206、地热能集热水箱210、供热采暖系统调控水箱204、有机朗肯循环发电系统调控水箱208。它们的连接关系是：所述光伏组件集热水箱201设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀202、供热采暖系统调控水箱204，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀203、有机朗肯循环发电系统调控水箱208。所述燃气锅炉集热水箱206设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀205、所述供热采暖系统调控水箱204，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀207、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱208。所述地热能集热水箱210设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀211、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱208，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀212、所述供热采暖系统调控水箱204。
多热源耦合系统1中的光伏组件发电集热模块将已加热后的工质送入所述光伏组件集热水箱201，多热源耦合系统1中的燃气锅炉供热模块将已加热后的工质送入所述燃气锅炉集热水箱206，多热源耦合系统1中的地热能集热模块将已加热后的工质送入所述地热能集热水箱210。
三、
所述有机朗肯循环发电系统3包括有蒸发器303、涡旋膨胀机301、发电机、冷凝器304、冷凝泵305。它们的连接关系是：所述蒸发器303、涡旋膨胀机301、冷凝器304、冷凝泵305顺次连接形成一个循环回路，并采用R141b作为有机工质。所述涡旋膨胀机301连接安装有发电机302。
四、
所述供热系统4可为用户提供热水，包括有电磁流量阀401、换热器402、循环泵403。它们的连接关系是：所述电磁流量阀401、换热器402、循环泵403通过管道依次连接，所述换热器402可为用户提供热水服务。
五、
所述采暖系统5可为用户提供暖气，包括有电磁流量阀501、散热终端502、循环泵503。它们的连接关系是：所述电磁流量阀501、散热终端502、循环泵503通过管道依次连接，所述散热终端502可为用户提供暖气服务。
所述有机朗肯循环发电系统调控水箱208中的工质依次通过电磁流量阀209、蒸发器303后，最终返回至所述冷源汇流箱106。
所述供热采暖系统调控水箱204的工质通过两条路线分别引流至所述供热系统4和所述采暖系统5后，最终返回至所述冷源汇流箱106。
所述光伏组件集热水箱、燃气锅炉集热水箱、地热能集热水箱，都设置有两个出口，工质分别被引流至所述供热采暖系统调控水箱、有机朗肯循环发电系统调控水箱。
有机朗肯循环发电系统调控水箱208中工质水的温度是根据所述有机朗肯循环发电系统3输出电功率大小来确定，进一步地可通过所述电磁流量阀203、所述电磁流量阀207、所述电磁流量阀211分别改变所述光伏组件集热水箱201、所述燃气锅炉集热水箱206、所述地热能集热水箱210的出口工质流量大小来调控工质水的温度。同理，所述供热采暖系统调控水箱204中工质水的温度是根据所述供热系统4、所述采暖系统5的热功率大小来确定，工质水温度高低的调控方法则与上述方法相同。
所述多热源耦合系统1、所述水箱调控系统2、所述供热系统4、所述采暖系统5，采用的循环工质是经过了除盐、除氧工艺流程的纯净水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多热源耦合有机朗肯循环发电及供热采暖系统，其特征在于，包括有五个子系统：多热源耦合系统(1)、水箱调控系统(2)、有机朗肯循环发电系统(3)、供热系统(4)、采暖系统(5)；多热源耦合系统(1)通过管道将热工质输送至水箱调控系统(2)，热工质在水箱调控系统(2)中汇流并调控温度后，分别进入有机朗肯循环发电系统(3)、供热系统(4)、采暖系统(5)；其中，供热系统(4)与采暖系统(5)并联连接；
所述多热源耦合系统(1)包括有光伏组件发电集热模块、燃气锅炉供热模块、地热能集热模块和冷源汇流箱(106)；所述光伏组件发电集热模块包括有接线盒(101)、硅电池光电转化部件(102)、组件背板集热部件(103)，所述硅电池光电转化部件(102)将入射到组件表面的一部分太阳辐射能转换成电能，并通过所述接线盒(101)将电能并入电网，所述组件背板集热部件(103)将没被转换成电能的剩余太阳辐射能转换成工质的热能；所述燃气锅炉供热模块是由燃气锅炉(109)组成，所述燃气锅炉(109)通过燃烧天然气来实现加热工质水的目的；所述地热能集热模块是由深埋于土壤中的地热能换热器(112)组成，工质水通过热传导、热对流方式将地热能转换成热能；所述冷源汇流箱(106)将已流经所述有机朗肯循环发电系统(3)、所述供热系统(4)、所述采暖系统(5)的工质水进行汇集，再由所述冷源汇流箱(106)分流至所述光伏组件发电集热模块、所述燃气锅炉供热模块、所述地热能集热模块； 它们的连接关系是：所述冷源汇流箱(106)设置有三个出口，第一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(105)、给水泵(104)、组件背板集热部件(103)、光伏组件集热水箱(201)；所述冷源汇流箱(106)的第二个出口通过管道依次连接电磁流量阀(107)、给水泵(108)、燃气锅炉(109)、燃气锅炉集热水箱(206)；所述冷源汇流箱(106)的第三个出口通过管道依次连接电磁流量阀(110)、给水泵(111)、地热能换热器(112)、地热能集热水箱(210)。
2.如权利要求1所述的多热源耦合有机朗肯循环发电及供热采暖系统，其特征在于，所述水箱调控系统(2)包括有光伏组件集热水箱(201)、燃气锅炉集热水箱(206)、地热能集热水箱(210)、供热采暖系统调控水箱(204)、有机朗肯循环发电系统调控水箱(208)；它们的连接关系是：所述光伏组件集热水箱(201)设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(202)、供热采暖系统调控水箱(204)，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(203)、有机朗肯循环发电系统调控水箱(208)；所述燃气锅炉集热水箱(206)设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(205)、所述供热采暖系统调控水箱(204)，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(207)、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱(208)；所述地热能集热水箱(210)设置有两个出口，其中一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(211)、所述有机朗肯循环发电系统调控水箱(208)，另一个出口通过管道依次连接电磁流量阀(212)、所述供热采暖系统调控水箱(204)。
3.如权利要求1所述的多热源耦合有机朗肯循环发电及供热采暖系统，其特征在于，所述有机朗肯循环发电系统(3)包括有蒸发器(303)、涡旋膨胀机(301)、发电机、冷凝器(304)、冷凝泵(305)；它们的连接关系是：所述蒸发器(303)、涡旋膨胀机(301)、冷凝器(304)、冷凝泵(305)顺次连接形成一个循环回路，并采用R141b作为有机工质； 所述涡旋膨胀机(301)连接安装有发电机(302)。
4.如权利要求1所述的多热源耦合有机朗肯循环发电及供热采暖系统，其特征在于，所述供热系统(4)可为用户提供热水，包括有电磁流量阀(401)、换热器(402)、循环泵(403)；它们的连接关系是：所述电磁流量阀(401)、换热器(402)、循环泵(403)通过管道依次连接，所述换热器(402)可为用户提供热水服务。
5.如权利要求1所述的多热源耦合有机朗肯循环发电及供热采暖系统，其特征在于，所述采暖系统(5)可为用户提供暖气，包括有电磁流量阀(501)、散热终端(502)、循环泵(503)；它们的连接关系是：所述电磁流量阀(501)、散热终端(502)、循环泵(503)通过管道依次连接，所述散热终端(502)可为用户提供暖气服务。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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