CN108361163B - 发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及发电技术领域，公开一种发电系统。发电系统包括集热系统、传热系统和发电动力输出系统，其中，所述集热系统和所述传热系统能够进行热交换；所述传热系统包括回热传热子系统和直热传热子系统，其中，所述发电动力输出系统能够与所述回热传热子系统和所述直热传热子系统进行热交换，使得所述发电动力输出系统中的供给的发电做功介质首先与所述回热传热子系统中的回热传热工质热交换，随后与所述直热传热子系统中的直热传热工质进一步热交换，从而减少了传热系统中传热工质的可用能损失，充分利用传热工质传递的热量对发电做功介质进行再热，提升发电效率。

Description

发电系统

技术领域

本申请涉及发电技术领域，具体地，涉及一种发电系统。

背景技术

太阳能作为一种清洁的可再生能源，是目前最有潜力的替代能源。太阳能热发电技术能耗相对较低，且对环境影响较小，是一种理想的技术选择。

专利文献CN101761461A提出过一种热管式太阳能有机朗肯循环低温热发电系统，该系统减少了导热油回路，实现有机工质与集热器的高效换热，但是存在两个问题：一是有机工质在经过动力输出装置做功后还保留部分热能，这些热能不能充分利用从而导致系统效率很低。二是系统中工质从冷凝器出来后直接进入泵，容易对泵造成损伤，而且工质经过长期使用后，内部有机工质发生损耗，无法及时补充。

根据我国能源中长期发展规划，大部分天然气将以LNG的形式输送入中国，LNG气化会放出大量冷量，其值约为830KJ/Kg，如果不能很好的利用，将造成巨大的能量浪费，同时也会造成严重的环境污染。由此可见，有效的回收利用LNG高品位冷能的重要性。目前LNG冷发电的技术主要有：直接膨胀法、二次媒体法、联合法。直接膨胀法是利用气化后的高压天然气直接膨胀发电；二次媒体法也称为冷媒朗肯循环法，LNG通过冷凝器将冷量转化到某一冷媒上，利用LNG与环境的温差推动冷媒的蒸汽动力循环，从而对外做功发电的过程；联合法式综合直接膨胀法和二次媒体法，先将一部分冷量提供给朗肯循环冷凝器，气化后的天然气再通过透平膨胀做功发电。为了保证管网压力无法直接使用直接膨胀法，因此选用联合法发电，目前我国还没有在建或者投入运行的LNG冷能来发电的工业装置，国外的LNG接收站也只是最简单的朗肯循环系统。但是存在如下问题：一是换热器的换热损失较大，二是系统循环中冷能回收效率很低。

发明内容

本申请提供一种发电系统，该发电系统能够减少传热工质的可用能损失，充分利用传热工质传递的热量对发电做功介质进行再热，提升发电效率。

为了实现上述目的，本申请提供一种发电系统，该发电系统包括集热系统、传热系统和发电动力输出系统，其中，所述集热系统和所述传热系统能够进行热交换；所述传热系统包括回热传热子系统和直热传热子系统，其中，所述发电动力输出系统能够与所述回热传热子系统和所述直热传热子系统进行热交换，使得所述发电动力输出系统中的供给的发电做功介质首先与所述回热传热子系统中的回热传热工质热交换，随后与所述直热传热子系统中的直热传热工质进一步热交换。

通过该技术方案，由于回热传热子系统和直热传热子系统都能够和发电动力输出系统进行热交换，这样，发电动力输出系统中的发电做功介质首先与回热传热子系统中的回热传热工质热交换，随后与直热传热子系统中的直热传热工质进一步热交换以再热，从而减少了传热系统中传热工质的可用能损失，充分利用传热工质传递的热量对发电做功介质进行再热，提升发电效率。

进一步地，所述传热系统包括工质混合器，其中，沿着传热工质的流动方向，所述工质混合器连接在所述回热传热子系统和所述直热传热子系统的下游。

进一步地，所述回热传热子系统包括回热器，其中，所述工质混合器的出口端和所述回热器连接；所述回热器与所述集热系统和所述传热系统之间的热交换装置连接。

进一步地，所述工质混合器的出口端和所述回热器之间的管路上沿着传热工质的流向依次布置有工质储罐和工质泵。

进一步地，所述传热系统包括膨胀机，其中，所述膨胀机连接在所述回热传热子系统和所述直热传热子系统的入口端。

进一步地，所述传热系统包括气液分离器，沿着传热工质的流动方向，所述气液分离器连接在所述集热系统和所述传热系统之间的热交换装置的下游，并位于所述膨胀机的上游。

进一步地，所述气液分离器和所述热交换装置之间布置有回液管路。

进一步地，所述集热系统和所述传热系统之间的热交换装置包括串联的至少两级换热器。

进一步地，所述集热系统包括太阳能热管集热模块和导热油循环子系统；和/或，所述发电动力输出系统为液态天然气冷能发电动力输出系统。

进一步地，所述导热油循环子系统包括相变蓄热器，其中，所述相变蓄热器内设置有有机相变储热材料。

附图说明

图1是本申请的具体实施方式提供的一种发电系统的原理示意图。

附图标记说明

1-集热系统，2-发动动力输出系统，3-回热传热子系统，4-直热传热子系统，5-工质混合器，6-回热器，7-工质储罐，8-工质泵，9-膨胀机，10-气液分离器，11-回液管路，12-换热器，13-太阳能热管集热模块，14-导热油循环子系统，15-相变蓄热器，16-工质-LNG换热器，17-工质-天然气换热器，18-膨胀做功机。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

如图1所示，本申请提供的发电系统包括集热系统1、传热系统和发电动力输出系统2，其中，集热系统1和传热系统能够进行热交换，以将集热系统收集的热量传递至传热系统的传热工质；而传热系统包括回热传热子系统3和直热传热子系统4，其中，发电动力输出系统2能够与回热传热子系统3和直热传热子系统4进行热交换，使得发电动力输出系统2中的供给的发电做功介质首先与回热传热子系统3中的回热传热工质热交换，随后与直热传热子系统4中的直热传热工质进一步热交换，也就是，传热系统中，传热工质分为两路并与发动动力输出系统的发电做功介质进行热传递。

在该技术方案中，由于回热传热子系统3和直热传热子系统4都能够和发电动力输出系统2进行热交换，这样，发电动力输出系统2中的发电做功介质首先与回热传热子系统3中的回热传热工质热交换，随后与直热传热子系统4中的直热传热工质进一步热交换以再热，从而减少了传热系统中传热工质的可用能损失，充分利用传热工质传递的热量对发电做功介质进行再热，提升做功发电效率。

进一步地，如图1所示的，传热系统包括工质混合器5，其中，沿着传热工质的流动方向，工质混合器5连接在回热传热子系统3和直热传热子系统4的下游，以汇聚回热传热子系统3与发电动力输出系统2热交换后的回热传热工质和直热传热子系统4与发电动力输出系统2热交换后的直热传热工质，这样，换热后的回热传热工质和直热传热工质在工质混合器5内进行充分混合，这稳定了流入到下游的工质泵的混合传热工质，同时，回热传热工质和直热传热工质的混合也能够减少换热损失。

进一步地，回热传热子系统3包括回热器6，其中，工质混合器5的出口端和回热器6连接，这样，工质混合器5内混合后的混合传热工质在回热器6中与回热传热子系统3内的回热传热工质再次进行热交换，使得回热传热工质吸收热能后首先对发电动力输出系统2中的供给的发电做功介质加热。同时，回热器6与集热系统1和传热系统之间的热交换装置连接，这样，在回热器6中释放热量的传热工质则进入到热交换装置内吸收集热系统1中传递的热量。

进一步地，如图1所示的，为了便于传热工质在传热系统内的循环，工质混合器5的出口端和回热器6之间的管路上沿着传热工质的流向依次布置有工质储罐7和工质泵8，这样，通过工质储罐7，可以对传热工质进入工质泵8之间进行稳定，同时，储存在工质储罐7内的传热工质也能够及时补充传热系统中的传热工质的损耗。

另外，如图1所示的，传热系统包括膨胀机9，其中，膨胀机9连接在回热传热子系统3和直热传热子系统4的入口端。这样，如图1所示的，从膨胀机9出来的乏气经过回热传热子系统3的回热器6，吸收工质混合器5内混合后的混合传热工质中的热量后，通过比如工质-LNG换热器16例如板翅式换热器对液态天然气进行汽化，同时，从膨胀机9直接抽气形成直热传热工质并通过直热传热子系统4后，直接通过比如工质-天然气换热器17例如带有中间传热介质的管壳式气化器对汽化后的天然气再热，而热交换后的直热传热工质则在工质混合器5内与回热传热工质混合后在回热器6再讲剩余热量传递给从膨胀机9出来的乏气，依次循环。

进一步地，如图1所示的，该传热系统包括气液分离器10，沿着传热工质的流动方向，气液分离器10连接在集热系统1和传热系统之间的热交换装置的下游，并位于膨胀机9的上游。这样，工质混合器5混合后的传热工质通过热交换装置吸收集热系统1的热量后成为蒸汽状态，并随后进入到气液分离器10中，随后，传热工质的气相则进入到膨胀机9内，而液相则保留在气液分离器10中。

进一步地，如图1所示的，气液分离器10和热交换装置之间布置有回液管路11。这样，保留在气液分离器10中的液相则能够再次回流通过热交换装置吸收集热系统1的热量后成为蒸汽状态，依次循环。

另外，如图1所示的，集热系统1和传热系统之间的热交换装置包括串联的至少两级换热器12。这样，比如，集热系统中的导热油先在一级换热器中将传热工质加热到气液混合状态，随后，气液混合状态的传热工质进入到二级换热器中被导热油进一步加热为蒸汽状态，随后进入到该发电系统的气液分离器10内，这样，至少两级的换热器可以减少导热油和传热工质的不可逆性，降低了集热系统1的集热模块的平均运行温度，提高了传热工质的吸热效率。同时，传热工质以气液混合的形式进入到二级换热器中，避免了传热工质进入二级换热器发生液流堆现象。

另外，本申请的发电系统中，集热系统1可以采用任何的集热设备，只要能够收集热量即可，比如，一种形式中，集热系统1包括太阳能热管集热模块13和导热油循环子系统14，太阳能热管集热模块13可以由热管、肋片、选择性吸收涂层、双层玻璃真空管(内玻璃管和外玻璃管)和复合抛物面聚光器(CPC)组成，CPC集热器可选用内聚光式，工作温度范围广，集热温度高，结构简单。热管蒸发段位于CPC内底部，热管冷凝段位于导热块中，联集管设置在导热块中，并且联集管中容纳有导热油，导热效率高。同样，太阳能热管集热模块13可以采用现有的任何太阳能集热热管。和/或，发电动力输出系统2为液态天然气冷能发电动力输出系统，比如，如图1所示的，LNG通过泵的输送，首先和回热传热子系统3换热并形成为天然气，随后和直热传热子系统4换热而被再热，再热后的天然气则通过膨胀做功机18做功发电。

进一步地，如图1所示的，导热油循环子系统14包括相变蓄热器15，其中，相变蓄热器15内设置有有机相变储热材料。这样，

太阳能热管集热模块13的集热管吸收太阳能辐射，热管的蒸发段安装位于CPC反射镜底部，当太阳辐射到达集热管表面时，大部分太阳能被真空管夹层中的CPC聚光装置反射到内玻璃管被吸收，吸收的热量传给导热肋片最后传到热管蒸发段。热管中的工作液体蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向热管冷凝段并放出热量，热管的冷凝段放置于导热块中，导热块吸收热量加热联集管中的导热油。导热油加热后进入相变蓄热器15，其中，相变蓄热器15设有盘管，盘管内有相变储热材料，相变蓄热器15里的相变储热材料由固态变成液态，吸收大量的热，当连续阴雨天太阳能辐照强度不足，则相变储热材料由液态变为固态，放出大量的热，使储热罐温度升高，维持发电系统稳定。同时集热器的导热油与蒸发器中的有机工质不需要蓄热器就能进行换热，提高了集热器的热效率，使加热系统在热量不充足的时候仍能稳定运行。相变储热材料选用石蜡，石蜡作为一种有机相变储热材料，具有良好的储热性能，有较宽的熔化温度范围，化学性质稳定，放热时相对比较平稳。

加热后的导热油先后通过至少两级换热器，首先将传热工质加热到气液混合状态，再加热蒸汽状态，蒸汽进入气液分离器10。气相则进入膨胀机9比如汽轮机，液相则容纳在气液分离器10的底部。根据实际情形，可以打开气液分离器10底部的阀门回液补充传热工质。

从膨胀机出来的乏气经过回热器6，对回热器冷侧的非共沸混合的传热工质进行预热，从回热器6热侧出来的多组分工质进入工质-LNG换热器16，并在换热后进入工质混合器5。

LNG经过LNG泵加压后经过工质-LNG冷凝换热器16后被气化成气态天然气，但是温度依旧较低，经过工质-天然气换热器17，而从膨胀机9抽出的蒸汽则通过工质-天然气换热器17对天然气进行再热，随后从工质-天然气换热器17热侧出来后进入工质混合器5，而LNG从工质-天然气换热器17冷侧出来后经过膨胀做功机18做功。这样，LNG在经过工质-LNG冷凝换热器16后将大部分冷能利用，从而变成气体天然气，天然气与膨胀机的抽气进行换热而再热成为高压天然气，并经透平膨胀对外做功。

以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于此。在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本申请所公开的内容，均属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种发电系统，其特征在于，包括集热系统（1）、传热系统和发电动力输出系统（2），其中，

所述集热系统（1）和所述传热系统能够进行热交换；

所述传热系统包括回热传热子系统（3）和直热传热子系统（4），其中，所述发电动力输出系统（2）能够与所述回热传热子系统（3）和所述直热传热子系统（4）进行热交换，使得所述发电动力输出系统（2）中的供给的发电做功介质首先与所述回热传热子系统（3）中的回热传热工质热交换，随后与所述直热传热子系统（4）中的直热传热工质进一步热交换，所述传热系统包括膨胀机（9），其中，所述膨胀机（9）连接在所述回热传热子系统（3）和所述直热传热子系统（4）的入口端，所述传热系统包括工质混合器（5），其中，沿着传热工质的流动方向，所述工质混合器（5）连接在所述回热传热子系统（3）和所述直热传热子系统（4）的下游，所述回热传热子系统（3）包括回热器（6），所述工质混合器（5）的出口端和所述回热器（6）连接，所述回热器（6）与所述集热系统（1）和所述传热系统之间的热交换装置连接，所述工质混合器（5）的出口端和所述回热器（6）之间的管路上沿着传热工质的流向依次布置有工质储罐（7）和工质泵（8），从所述回热器（6）热侧出来的多组分工质进入工质-LNG换热器（16），并在换热后进入所述工质混合器（5），从所述膨胀机（9）抽出的蒸汽则通过工质-天然气换热器（17）对天然气进行再热，随后从所述工质-天然气换热器（17）热侧出来后进入所述工质混合器（5）。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述传热系统包括气液分离器（10），沿着传热工质的流动方向，所述气液分离器（10）连接在所述集热系统（1）和所述传热系统之间的热交换装置的下游，并位于所述膨胀机（9）的上游。

3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述气液分离器（10）和所述热交换装置之间布置有回液管路（11）。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的发电系统，其特征在于，所述集热系统（1）和所述传热系统之间的热交换装置包括串联的至少两级换热器（12）。

5.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述集热系统（1）包括太阳能热管集热模块（13）和导热油循环子系统（14）；和/或，

所述发电动力输出系统（2）为液态天然气冷能发电动力输出系统。

6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述导热油循环子系统（14）包括相变蓄热器（15），其中，所述相变蓄热器（15）内设置有有机相变储热材料。