CN110761960A - 耦合地热的lng冷能再热发电系统及方法 - Google Patents

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杨佐卫
周帅
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张晓丹
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Abstract

本发明涉及能源系统领域，旨在解决现有的LNG冷能发电系统的循环效率较低的问题，提供一种耦合地热的LNG冷能再热发电系统及方法，其包括依次串联的冷凝器、升压泵、蒸发器、第一透平、再热器和第二透平，且第二透平连通冷凝器，以形成工质循环通道；所述第一透平和所述第二透平的输出端分别连接第一发电机和第二发电机，用于发电；所述冷凝器具有LNG进口和LNG出口，用于通过用作工质的冷源的LNG；所述蒸发器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水；所述再热器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水。本发明的有益效果是系统循环效率较高，且受自然气候影响小。

Description

耦合地热的LNG冷能再热发电系统及方法
技术领域
本发明涉及能源系统领域，具体而言，涉及耦合地热的LNG冷能再热发电系统及方法。
背景技术
为便于天然气运输，通常将天然气液化，在常压下、天然气的液化温度为-163℃，每液化1t LNG耗电约为850kW.h。而在LNG接收站和气化站，一般又需将LNG通过气化器气化后使用，气化时放出很大的冷能，其值约为830kJ/kg。而通常这部分冷能随天然气气化器中的海水和空气流失了，造成能源的浪费，合理回收利用这部分冷能将取得十分可观的经济效益和环保效益。
常规的LNG冷能发电系统是利用液态天然气作为冷源，海水或者河水作为热源，采用有机工质朗肯循环，利用海水中的低品位热能发电的循环系统。以河水、海水作为高温热源，虽然其比热容大、换热效率高，但是海水温度较低，热源与冷源温差较小，整个系统循环效率较低。
发明内容
本发明旨在提供一种耦合地热的LNG冷能再热发电系统及方法，以解决技术问题的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种耦合地热的LNG冷能再热发电系统，其包括依次串联的冷凝器、升压泵、蒸发器、第一透平、再热器和第二透平，且第二透平连通冷凝器，以形成工质循环通道；所述第一透平和所述第二透平的输出端分别连接第一发电机和第二发电机，用于发电；所述冷凝器具有LNG进口和LNG出口，用于通过用作工质的冷源的LNG；所述蒸发器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水；所述再热器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水。
本方案中的合地热的LNG冷能再热发电系统使用时，有机工质经过升压泵升压后，经过蒸发器中地热水加热蒸发，经过第一透平膨胀做功，第一透平带动第一发电机发电；经过第一透平膨胀做功后的有机工质经过再热器进行再热，再热后的气体经过第二透平膨胀做功，第二透平带动第二发电机发电；经过第二透平膨胀做功后的有机工质进入冷凝器中，经LNG冷凝后至升压泵，进行下次循环。
本方案具有以下有益技术效果：
(1)与常规LNG冷能发电相比，该系统热源温度采用地热水后热源温度提高，增加了热源与冷源温差，提高了循环效率。
(2)本方案中通过额外设置再热器和第二透平，对第一透平做功后的气体进行再热后再次参与做功，大大提高了循环效率。
(3)本方案中，作为热源的地热水温度较稳定，可以让整个系统平稳运行，受冬、夏气候等自然环境影响小。
可选地，蒸发器的地热水出口连通再热器的地热水进口，以形成串联的地热水通道。
本申请还提供一种耦合地热的LNG冷能再热发电方法，其包括以下步骤：
使有机工质经升压泵升压至工作压力；
使有机工质进入蒸发器中经地热水加热蒸发至高温气体；
有机工质进入第一透平膨胀做功并带动第一发电机发电；
有机工质进入再热器进行再热；
有机工质进入第二透平膨胀做功并带动第二发电机发电；
有机工质进入冷凝器经LNG进行冷却成液体；
有机工质进入升压泵完成循环。
可选地，所述再热器具有地热水进口和地热水出口，以通过作为其热源的地热水。
可选地，所述再热器地热水进口连通所述蒸发器的地热水的出口，以形成串联的地热水通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的耦合地热的LNG冷能再热发电系统的示意图；
图2为本发明实施例中的耦合地热的LNG冷能再热发电系统的另一种实施方式的示意图。
图标：1-冷凝器；2-升压泵；3-蒸发器；4-第一透平；5-第一发电机；6-再热器；7-第二透平；8-第二发电机；9-工质循环通道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参见图1，本实施例提供一种耦合地热的LNG冷能再热发电系统，其包括依次串联的冷凝器1、升压泵2、蒸发器3、第一透平4、再热器6和第二透平7，且第二透平7连通冷凝器1，以形成工质循环通道9；第一透平4和第二透平7的输出端分别连接第一发电机5和第二发电机8，用于发电；冷凝器1具有LNG进口和LNG出口，用于通过用作工质的冷源的LNG；蒸发器3具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水；再热器6具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水。
本方案中的合地热的LNG冷能再热发电系统使用时，有机工质经过升压泵2升压后，经过蒸发器3中地热水加热蒸发，经过第一透平4膨胀做功，第一透平4带动第一发电机5发电；经过第一透平4膨胀做功后的有机工质经过再热器6进行再热，再热后的气体经过第二透平7膨胀做功，第二透平7带动第二发电机8发电；经过第二透平7膨胀做功后的有机工质进入冷凝器1中，经LNG冷凝后至升压泵2，进行下次循环。
本方案具有以下有益技术效果：
(1)与常规LNG冷能发电相比，该系统热源温度采用地热水后热源温度提高，增加了热源与冷源温差，提高了循环效率。
(2)本方案中通过额外设置再热器6和第二透平7，对第一透平4做功后的气体进行再热后再次参与做功，大大提高了循环效率。
(3)本方案中，作为热源的地热水温度较稳定，可以让整个系统平稳运行，受冬、夏气候等自然环境影响小。
可选地，参见图2，蒸发器3的地热水出口连通再热器6的地热水进口，以形成串联的地热水通道。
本申请还提供一种耦合地热的LNG冷能再热发电方法，其基于前述的耦合地热的LNG冷能再热发电系统。该LNG冷能发电方法包括以下步骤：
使有机工质经升压泵2升压至工作压力；
使有机工质进入蒸发器3中经地热水加热蒸发至高温气体；
有机工质进入第一透平4膨胀做功并带动第一发电机5发电；
有机工质进入再热器6进行再热；
有机工质进入第二透平7膨胀做功并带动第二发电机8发电；
有机工质进入冷凝器1经LNG进行冷却成液体；
有机工质进入升压泵2完成循环。
其中，再热器6具有地热水进口和地热水出口，以通过作为其热源的地热水。可选地，再热器6地热水进口连通蒸发器3的地热水的出口，以形成串联的地热水通道。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种耦合地热的LNG冷能再热发电系统，其特征在于：
包括依次串联的冷凝器、升压泵、蒸发器、第一透平、再热器和第二透平，且第二透平连通冷凝器，以形成工质循环通道；所述第一透平和所述第二透平的输出端分别连接第一发电机和第二发电机，用于发电；所述冷凝器具有LNG进口和LNG出口，用于通过用作工质的冷源的LNG；所述蒸发器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水；所述再热器具有地热水进口和地热水出口，用于通过用于加热工质的地热水。
2.根据权利要求1所述的耦合地热的LNG冷能再热发电系统，其特征在于：
蒸发器的地热水出口连通再热器的地热水进口，以形成串联的地热水通道。
3.一种耦合地热的LNG冷能再热发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
使有机工质经升压泵升压至工作压力；
使有机工质进入蒸发器中经地热水加热蒸发至高温气体；
有机工质进入第一透平膨胀做功并带动第一发电机发电；
有机工质进入再热器进行再热；
有机工质进入第二透平膨胀做功并带动第二发电机发电；
有机工质进入冷凝器经LNG进行冷却成液体；
有机工质进入升压泵完成循环。
4.根据权利要求3所述的耦合地热的LNG冷能再热发电方法，其特征在于：
所述再热器具有地热水进口和地热水出口，以通过作为其热源的地热水。
5.根据权利要求4所述的耦合地热的LNG冷能再热发电方法，其特征在于：
所述再热器地热水进口连通所述蒸发器的地热水的出口，以形成串联的地热水通道。
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