CN107762749A - 一种分布式中低温地热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式中低温地热发电装置，所述分布式中低温地热发电系统包括热源、热交换器、输入管、输出管、斯特林发动机和发电机、控制开关、电能输出端和励磁及并网控制单元，所述热交换器设置在热源中，所述热交换器中装有工质，所述工质在热交换器中吸收热能，受热后的工质通过输入管进入到斯特林发动机内，驱动所述斯特林发动机运行，释放热能后的工质通过输出管回到热交换器中继续吸收热能，所述斯特林发动机被工质驱动运行同步驱动所述发电机运行发电，所述发电机向所述电能输出端供电，所述励磁及并网控制单元控制供电线路和供电频率。本发明提供的一种分布式中低温地热发电装置，电能转换可靠性和稳定性较佳、对地热形态适应性强。

Description

一种分布式中低温地热发电装置
技术领域
本发明涉及分布式发电领域，尤其涉及一种分布式中低温地热发电装置。
背景技术
长期以来，在各种可再生能源发电系统中，人们更多地关注来自太空的太阳能和风能，却忽略了地球本身赋予人类的丰富资源——地热能。与风能、太阳能发电系统相比，地热发电厂又不受气候和时间的影响，可以日夜工作，提供不中断的电力。因此，世界各国对地热发电越来越重视。可以预计的是，倘若给与地热发电相应的关注和支持，在未来几年内，地热发电很有可能成为与太阳能、风能发电量齐观的新发电形式。因此，探索地热发电的新结构具有重要的意义。
目前对地热发电利用的主要是中高温地热资源，比如地热蒸汽、地下热水、联合循环和地下热岩、增强型地热发电等方式，采用与火电厂相同的汽轮机发电方法，这种方法决定了目前的地热发电厂主要建在地热资源集中的地区，采用集中发电模式。它可以利用成熟的火力发电技术和设备，特别适用于中高温地热资源丰富的地区，其热能的来源和稳定程度与传统的火电发电不相同，影响地热发电系统原动机转速波动的因素比常规火电厂要多，但采用相同的汽轮机发电方法，导致电能转换可靠性和稳定性不佳；同时，现有地热发电系统主要为高温(蒸汽)发电，对其它地热形态适应性不强，这使得地热发电的可选址范围减少，影响了不同形态地热的充分利用，尤其是在中国这种以中低温地热资源为主的国家。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种电能转换可靠性和稳定性较佳、对地热形态适应性强的一种分布式中低温地热发电装置。
本发明的实施例提供一种分布式中低温地热发电装置，所述分布式中低温地热发电系统包括热源、热交换器、输入管、输出管、斯特林发动机、发电机、输出导线、控制开关、电能输出端和励磁及并网控制单元，所述热源是低温地热源，所述热交换器设置在热源中，所述热交换器中装有工质，所述工质是低沸点工质，所述工质在热交换器中吸收热能，所述输入管和输出管连接热交换器和斯特林发动机，受热后的工质通过输入管进入到斯特林发动机内，驱动所述斯特林发动机运行，释放热能后的工质通过输出管回到热交换器中继续吸收热能，所述斯特林发动机与发电机共轴连接，当所述斯特林发动机被工质驱动运行，同步驱动所述发电机运行发电，所述发电机向所述电能输出端供电，所述开关设置在所述发电机和所述电能输出端之间，可闭合或断开发电机与电能输出端的供电连接，所述励磁及并网控制单元控制供电线路的闭合或断开以及供电频率。
进一步地，所所述励磁及并网控制单元包括控制器、励磁变换器、储能装置和网侧变换器，所述网侧变换器和励磁变换器相互连接，所述控制器同时与所述网侧变换器和励磁变换器以及开关连接，所述励磁变换器与发电机连接，当需要发电机向电能输出端供电时，所述励磁变换器和控制器控制所述开关闭合，所述发电机向电能输出端供电，所述控制器和所述励磁变换器控制发电机的励磁电流大小和频率，从而使发电机输出符合要求的稳定电压和电流。
进一步地，所述储能装置设置在所述励磁变换器和网侧变换器之间的直流侧，当热源的地热参数发生变化时，所述斯特林发动机转速会发生变化影响所述发电机的输出频率，所述控制器和励磁变换器控制所述储能装置补偿所述发电机的功率变化，使所述发电机输出频率恒定的电能，实现变速恒频发电。
进一步地，所述网侧变换器和电能输出端连接，当所述斯特林发动机或发电机出现故障时，所述控制器控制储能装置经过网侧变换器将存储的电能输送至电能输出端。
进一步地，所述发电机是双馈感应发电机。
本发明提供的一种分布式中低温地热发电装置通过所述并网和励磁控制单元，可以不受地热因素变化影响，实现变速恒频发电，供电稳定，可靠性更高；在中低热源中发电，适用泛围广，采用斯特林发动机和双馈感应发电机，提高了地热发电布局的灵活性，噪音小、效率高、排放低。
附图说明
图1是本发明一种分布式中低温地热发电装置的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供一种分布式中低温地热发电装置，所述分布式中低温地热发电系统包括热源1、热交换器2、输入管31、输出管32、斯特林发动机4、发电机5、输出导线6、控制开关7、电能输出端8和励磁及并网控制单元20，所述热源1是低温地热源，所述热交换器2设置在热源1中，所述热交换器2中装有工质(图未示)，所述工质是低沸点工质，所述工质在热交换器2中吸收热能，所述输入管31和输出管32连接热交换器2和斯特林发动机4，受热后的工质通过输入管 31进入到斯特林发动机4内，驱动所述斯特林发动机4运行，释放热能后的工质通过输出管32回到热交换器2中继续吸收热能，所述斯特林发动机4与发电机5共轴连接，当所述斯特林发动机4被工质驱动运行，同步驱动所述发电机5运行发电，所述发电机5向所述电能输出端8供电，所述开关7设置在所述发电机5和所述电能输出端8之间，可闭合或断开发电机5与电能输出端8的供电连接，所述励磁及并网控制单元20控制所述开关7闭合或断开，以及供电线路的输出频率控制。
所述发电机5是双馈感应发电机。
所述励磁及并网控制单元20包括控制器9、励磁变换器12、储能装置11和网侧变换器10，所述网侧变换器10和励磁变换器12相互连接，所述储能装置11设置在所述励磁变换器12和网侧变换器10之间的直流侧，所述控制器9同时与所述网侧变换器10和励磁变换器12以及开关7 连接，所述励磁变换器12与发电机5连接，所述控制器9和所述励磁变换器12控制发电机5的励磁电流大小和频率；所述网侧变换器10与电能输出端8连接，当所述斯特林发动机4或发电机5出现故障时，所述控制器9控制储能装置11经过网侧变换器10将存储的电能输送至电能输出端 8。
当需要发电机5向电能输出端8供电时，所述励磁变换器12和控制器9控制所述开关7闭合，所述发电机5向电能输出端8供电，在并网运行或独立带负载的情况下，所述控制器9和所述励磁变换器12控制所述储能装置11补偿所述发电机5的功率变化，从而使其发电机5输出符合要求的稳定电压和电流；当热源1的地热参数发生变化时，所述斯特林发动机4转速会发生变化影响所述发电机5的输出频率，所述控制器9和励磁变换器12控制所述发电机5输出频率恒定的电能，实现变速恒频发电。
当不需要发电机5向电能输出端8供电时，所述网侧变换器10和控制器9控制所述开关7断开所述发电机5与电能输出端8的供电连接，所述发电机5输出的电能由储能装置11储存。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式中低温地热发电装置，其特征在于：所述分布式中低温地热发电系统包括热源、热交换器、输入管、输出管、斯特林发动机、发电机、控制开关、电能输出端和励磁及并网控制单元，所述热源是低温地热源，所述热交换器设置在热源中，所述热交换器中装有工质，所述工质是低沸点工质，所述工质在热交换器中吸收热能，所述输入管和输出管连接热交换器和斯特林发动机，受热后的工质通过所述输入管进入到斯特林发动机内驱动所述斯特林发动机运行，释放热能后的工质通过所述输出管回到所述热交换器中继续吸收热能，所述斯特林发动机与所述发电机共轴连接，当所述斯特林发动机被工质驱动运行，同步驱动所述发电机运行发电，所述发电机向所述电能输出端供电，所述开关设置在所述发电机和所述电能输出端之间，可闭合或断开发电机与电能输出端的供电连接，所述励磁及并网控制单元控制供电线路的闭合或断开以及供电频率。
2.如权利要求1所述的分布式中低温地热发电系统，其特征在于：所所述励磁及并网控制单元包括控制器、励磁变换器、储能装置和网侧变换器，所述网侧变换器和励磁变换器相互连接，所述控制器同时与所述网侧变换器和励磁变换器以及开关连接，所述励磁变换器与发电机连接，当需要发电机向电能输出端供电时，所述励磁变换器和控制器控制所述开关闭合，所述发电机向电能输出端供电，所述控制器和所述励磁变换器控制发电机的励磁电流大小和频率，从而使发电机输出符合要求的稳定电压和电流。
3.如权利要求2所述的一种分布式中低温地热发电装置，其特征在于：所述储能装置设置在所述励磁变换器和网侧变换器之间的直流侧，当热源的地热参数发生变化时，所述斯特林发动机转速会发生变化影响所述发电机的输出频率，所述控制器和励磁变换器控制所述储能装置补偿所述发电机的功率变化，使所述发电机输出频率恒定的电能，实现变速恒频发电。
4.如权利要求3所述的一种分布式中低温地热发电装置，其特征在于：所述网侧变换器和电能输出端连接，当所述斯特林发动机或发电机出现故障时，所述控制器控制储能装置经过网侧变换器将存储的电能输送至电能输出端。
5.如权利要求4所述的一种分布式中低温地热发电装置，其特征在于：所述发电机是双馈感应发电机。
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