CN109763948A - 一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统及运行方法，该系统为闭式空冷超临界二氧化碳发电系统，包括相连通的主压缩机、低温回热器、高温回热器、太阳能集热器、透平、再压缩机和预冷器构成的超临界二氧化碳动力循环系统，还包括喷射器、冷凝器、泵、发生器、节流阀和发生器相连通构成的喷射式制冷系统；超临界二氧化碳发电系统通过预冷器和喷射式制冷系统对依次在高温回热器和低温回热器中放热后的超临界二氧化碳进行冷却，发生器、预冷器和蒸发器依次吸收冷端超临界二氧化碳热量后，大幅降低主压缩机入口温度，减小主压缩机耗功，提高发电效率；本发明采用的喷射式制冷系统结构简单，成本较低，投资较小；本发明还公开了超临界二氧化碳太阳能热发电系统的运行方法。

Description

一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统及运行方法
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统及运行方法。
背景技术
随着我国经济快速发展，能源需求持续增张，而煤炭等化石燃烧排放出大量污染物，造成日益严重的环境污染。为了解决能源短缺和环境污染问题，近年来，我国大力推动可再生能源的发展，可再生能源在我国能源消费结构中的比例不断提高。太阳能作为一种可再生能源，具有分布范围广、储量丰富、清洁无污染等特点。以太阳能为热源的太阳能热发电技术作为一种新型的热电转换技术，具有电力输出稳定、环境污染小等优势，在我国未来能源发展占有重要地位。
二氧化碳作为一种新型工质，无毒、不可燃，腐蚀性小，热稳定性，临界参数低；超临界状态的二氧化碳兼具有液体和气体的物理特性，密度大、粘性小、流动能力强、传热效率高、做功能力强。超临界二氧化碳密度高，组件尺寸较小，结构紧凑，初投资及维护成本较低。超临界二氧化碳动力循环具有能量密度高、系统结构紧凑、循环效率高等优点。热力学研究表明再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环热效率高、构型简洁，适合在太阳能热发电技术的应用。所以，超临界二氧化碳太阳能热发电技术具有广阔的发展前景。
然而，我国太阳能资源密度较高的地方多分布在干旱缺水的西部地区，针对这一地区的超临界二氧化碳太阳能热发电系统，不适合采用冷却水作为预冷器的冷却介质，所以一般通过空冷方式冷却循环工质。而和冷却水相比，空气传热能力较弱，换热温差大，系统冷端超临界二氧化碳和空气换热器的设计端差比超临界二氧化碳和水换热器的设计端差高10-15℃，造成系统主压缩机入口温度远高于临界温度。而主压缩机入口温度越接近临界温度，密度越大，压缩机系数越小，压缩机耗功越小，循环效率越高。所以降低主压缩机入口温度对提高系统发电效率具有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统及运行方法，通过发生器和蒸发器在超临界二氧化碳动力循环冷端耦合喷射式制冷系统，以冷端原本进入预冷器放热的超临界二氧化碳余热作为喷射式制冷的驱动热源，利用产生的冷量将主压缩机入口二氧化碳温度冷却到临界温度附近，从而维持较低的压缩机耗功和较高的发电效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，包括通过发生器13和蒸发器11耦合的超临界二氧化碳动力循环系统和喷射式制冷系统；其中，
所述超临界二氧化碳动力循环系统包括依次相连通的发生器13、预冷器7、蒸发器11、主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、太阳能集热器4和透平5，还包括再压缩机6；透平5出口与高温回热器3热侧入口相连，高温回热器3热侧出口与低温回热器2热侧入口相连，低温回热器2热侧出口分成两路，一路与再压缩机6入口相连，另一路与发生器13热侧入口相连；主压缩机1出口与低温回热器2冷侧入口相连，低温回热器2冷侧出口分别与高温回热器3冷侧入口和再压缩机6出口相连，高温回热器3冷侧出口与太阳能集热器4入口相连；
所述喷射式制冷系统包括相连通的喷射器8、冷凝器9、节流阀10、发生器11、泵12和发生器13；冷凝器9出口分成两路：一路与泵12入口相连，泵12出口与发生器13冷侧入口相连，发生器13冷侧出口与喷射器8高压入口相连，另一路与节流阀10入口相连，节流阀10出口与蒸发器11冷侧入口相连，蒸发器11冷侧出口与喷射器8低压入口相连；喷射器8出口与冷凝器9入口相连。
所述发生器13、预冷器7和蒸发器11构成超临界二氧化碳冷却系统。
所述预冷器7和冷凝器9中冷却介质为冷空气。
所述超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
上述一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统的运行方法，超临界二氧化碳在主压缩机1中升压后，依次在低温回热器2、高温回热器3和太阳能集热器4中吸热成为高温高压二氧化碳，然后高温高压二氧化碳进入透平5做功，透平5排气又依次在高温回热器3和低温回热器2放热后分成两股，一股经再压缩机6升压后汇入低温回热器2冷侧出口，另一股依次在发生器13、预冷器7和蒸发器11中冷却后进入主压缩机1，完成闭合循环；
所述喷射式制冷系统的工质在冷凝器9出口分成两股，一股经节流阀10节流后压力降低，在蒸发器11中蒸发后成为低压蒸汽，另一股经泵12升压后，在发生器13中吸热成为高压蒸汽，高压蒸汽在喷射器8中引射低压蒸汽混合后，混合蒸汽进入冷凝器9被冷凝。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1本发明可以降低主压缩机入口温度，从而减小压缩机耗功，提高循环效率，进而提高发电效率。
2本发明采用的喷射式制冷系统结构简单，成本较低，投资较小。
附图说明
图1为本发明一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，其特征在于：包括通过发生器13和蒸发器11耦合的超临界二氧化碳动力循环系统和喷射式制冷系统；其中，
超临界二氧化碳动力循环系统包括依次相连通的发生器13、预冷器7、蒸发器11、主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、太阳能集热器4和透平5，还包括再压缩机6；透平5出口与高温回热器3热侧入口相连，高温回热器3热侧出口与低温回热器2热侧入口相连，低温回热器2热侧出口分成两路，一路与再压缩机6入口相连，另一路与发生器13热侧入口相连；主压缩机1出口与低温回热器2冷侧入口相连，低温回热器2冷侧出口分别与高温回热器3冷侧入口和再压缩机6出口相连，高温回热器3冷侧出口与太阳能集热器4入口相连；
喷射式制冷系统包括相连通的喷射器8、冷凝器9、节流阀10、发生器11、泵12和发生器13；冷凝器9出口分成两路：一路与泵12入口相连，泵12出口与发生器13冷侧入口相连，发生器13冷侧出口与喷射器8高压入口相连，另一路与节流阀10入口相连，节流阀10出口与蒸发器11冷侧入口相连，蒸发器11冷侧出口与喷射器8低压入口相连；喷射器8出口与冷凝器9入口相连。
作为本发明的优选实施方式，发生器13、预冷器7和蒸发器11构成超临界二氧化碳冷却系统。
作为本发明的优选实施方式，预冷器7和冷凝器9中冷却介质为冷空气。
作为本发明的优选实施方式，超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
如图1所示，本发明的一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统的运行方法，超临界二氧化碳在主压缩机1中升压后，依次在低温回热器2、高温回热器3和太阳能集热器4中吸热成为高温高压二氧化碳，然后高温高压二氧化碳进入透平5做功，透平5排气又依次在高温回热器3和低温回热器2放热后分成两股，一股经再压缩机6升压后汇入低温回热器2冷侧出口，另一股依次在发生器13、预冷器7和蒸发器11中冷却后进入主压缩机1，完成闭合循环；喷射式制冷系统的工质在冷凝器9出口分成两股，一股经节流阀10节流后压力降低，在蒸发器11中蒸发后成为低压蒸汽，另一股经泵12升压后，在发生器13中吸热成为高压蒸汽，高压蒸汽在喷射器8中引射低压蒸汽混合后，混合蒸汽进入冷凝器9被冷凝。
本发明通过在超临界二氧化碳动力循环冷端耦合喷射式制冷系统，以冷端原本进入预冷器放热的超临界二氧化碳余热作为喷射式制冷的驱动热源，利用产生的冷量冷却主压缩机入口二氧化碳温度到临界温度附近，从而减小压缩机功耗，提高系统发电效率，解决在太阳能资源丰富却干旱缺水的地区超临界二氧化碳太阳能热发电系统发电效率低的问题；同时，喷射式制冷系统结构简单，生产成本低，投资较小。

Claims (5)

1.一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，其特征在于：包括通过发生器(13)和蒸发器(11)耦合的超临界二氧化碳动力循环系统和喷射式制冷系统；其中，
所述超临界二氧化碳动力循环系统包括依次相连通的发生器(13)、预冷器(7)、蒸发器(11)、主压缩机(1)、低温回热器(2)、高温回热器(3)、太阳能集热器(4)和透平(5)，还包括再压缩机(6)；透平(5)出口与高温回热器(3)热侧入口相连，高温回热器热(3)热侧出口与低温回热器(2)热侧入口相连，低温回热器(2)热侧出口分成两路，一路与再压缩机(6)入口相连，另一路与发生器(13)热侧入口相连；主压缩机(1)出口与低温回热器(2)冷侧入口相连，低温回热器(2)冷侧出口分别与高温回热器(3)冷侧入口和再压缩机(6)出口相连，高温回热器(3)冷侧出口与太阳能集热器(4)入口相连；
所述喷射式制冷系统包括相连通的喷射器(8)、冷凝器(9)、节流阀(10)、发生器(11)、泵(12)和发生器(13)；冷凝器(9)出口分成两路：一路与泵(12)入口相连，泵(12)出口与发生器(13)冷侧入口相连，发生器(13)冷侧出口与喷射器(8)高压入口相连，另一路与节流阀(10)入口相连，节流阀(10)出口与蒸发器(11)冷侧入口相连，蒸发器(11)冷侧出口与喷射器(8)低压入口相连；喷射器(8)出口与冷凝器(9)入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，其特征在于：所述发生器(13)、预冷器(7)和蒸发器(11)构成超临界二氧化碳冷却系统。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，其特征在于：所述预冷器(7)和冷凝器(9)中冷却介质为冷空气。
4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统，其特征在于：所述超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
5.权利要求1至4任一项所述的一种超临界二氧化碳太阳能热发电系统的运行方法，其特征在于：超临界二氧化碳在主压缩机(1)中升压后，依次在低温回热器(2)、高温回热器(3)和太阳能集热器(4)中吸热成为高温高压二氧化碳，然后高温高压二氧化碳进入透平(5)做功，透平(5)排气又依次在高温回热器(3)和低温回热器(2)放热后分成两股，一股经再压缩机(6)升压后汇入低温回热器(2)冷侧出口，另一股依次在发生器(13)、预冷器(7)和蒸发器(11)中冷却后进入主压缩机(1)，完成闭合循环；
所述喷射式制冷系统的工质在冷凝器(9)出口分成两股，一股经节流阀(10)节流后压力降低，在蒸发器(11)中蒸发后成为低压蒸汽，另一股经泵(12)升压后，在发生器(13)中吸热成为高压蒸汽，高压蒸汽在喷射器(8)中引射低压蒸汽混合后，混合蒸汽进入冷凝器(9)被冷凝。
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