CN111271146A - 超临界co2布雷顿循环发电系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种超临界CO2布雷顿循环发电系统及其工作方法，通过设置超临界CO2布雷顿循环发电系统包括超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置，超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器，冷源辅助启动装置通过冷却器连接在超临界CO2布雷顿循环发电装置上，冷源辅助启动装置包括制冷剂循环模块和冷却水循环模块，冷源辅助启动装置用于通过制冷剂循环模块和冷却水循环模块为冷却器提供冷水或热水，实现了通过冷却器制取冷水时产生的热水为CO2升温，以辅助超临界CO2布雷顿循环发电系统的启动，从而节约了能源，提高了能量利用率，并减少了环境污染，具有良好的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本申请涉及新能源技术领域，尤其涉及一种超临界CO2布雷顿循环发电系统及其工作方法。
背景技术
超临界二氧化碳是指处于临界状态(温度和压力达到临界点)的二氧化碳(化学式：CO2)，其物理状态介于液体和气体之间，兼具气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，具有流动性好、传热效率高、动力粘度小等典型优势，所以，超临界CO2被认为是最具有发展前景的布雷顿循环工质之一。超临界CO2布雷顿循环发电系统是一种未来的替代型能源新技术，被视为未来发电的主要发展方向之一，冷态时，系统内的CO2处于气、液混合的两相区，在进行系统启动时，需要先对系统进行加热，使整个系统内的CO2的压力和温度升高，当达到超临界态时，再启动循环系统中的旋转设备，进行发电。
现有技术中，在进行超临界CO2启动时，通常采用加热器对系统内的CO2进行加热，以使CO2的压力和温度升高达到超临界态。
然而，现有技术中多采用燃气、燃煤等作为加热源，而燃气、燃煤等均为一次能源，因此，现有技术中存在能量利用率低的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种超临界CO2布雷顿循环发电系统及其工作方法，以解决现有技术中超临界CO2布雷顿循环发电系统的能量利用率低的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种超临界CO2布雷顿循环发电系统，包括：超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置；
所述超临界CO2布雷顿循环发电装置用于以超临界CO2作为循环工质进行发电；所述超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器；
所述冷源辅助启动装置通过所述冷却器连接在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置上；
所述冷源辅助启动装置包括制冷剂循环模块和冷却水循环模块，所述冷源辅助启动装置用于通过所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块为所述冷却器提供冷水或热水，从而对流经所述冷却器的CO2进行冷却或加热。
可选地，所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块共用蒸发器和冷凝器；
所述冷却水循环模块与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置共用所述冷却器；
所述制冷剂循环模块以制冷剂为工作介质；所述制冷剂循环模块包括所述蒸发器的冷端和所述冷凝器的热端；
所述冷却水循环模块以冷却水为工作介质；所述冷却水循环模块包括所述蒸发器的热端和所述冷凝器的冷端。
可选地，所述制冷剂循环模块还包括压缩机和膨胀阀；
所述压缩机的入口与所述蒸发器的冷端出口连接，所述压缩机的出口与所述冷凝器的热端入口连接；所述压缩机用于对所述制冷剂进行压缩；
所述膨胀阀设置在所述冷凝器的热端出口与所述蒸发器的冷端入口之间；所述膨胀阀用于对所述制冷剂进行节流。
可选地，所述冷却水循环模块还包括三通分流阀和三通合流阀；
所述三通分流阀的入口端与所述冷却器的冷端出口连接，所述三通分流阀的第一出口端与所述冷凝器的冷端入口连接，所述三通分流阀的第二出口端与所述蒸发器的热端入口连接；
所述三通合流阀的第一入口端与所述冷凝器的冷端出口连接，所述三通合流阀的第二入口端与所述蒸发器的热端出口连接，所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口连接。
可选地，所述冷却水循环模块还包括水泵和电动机；
所述水泵设置在所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口之间；
所述电动机与所述水泵连接；所述水泵和所述电动机用于为所述冷却水循环模块中的冷却水提供循环动力。
可选地，所述制冷剂循环模块内部预先充入有足量的制冷剂，所述冷却水循环模块内部预先充入有足量的水。
第二方面，本申请实施例提供一种超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法，应用于超临界CO2布雷顿循环发电系统；所述系统包括超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置；所述超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器；所述冷源辅助启动装置通过所述冷却器与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置连接；所述方法包括：
在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置启动时，所述冷源辅助启动装置将制取的热水提供给所述冷却器，以使所述冷却器对所述超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2进行加热。
可选地，所述方法还包括：
在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置发电过程中，所述冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给所述冷却器，以使所述冷却器对所述超临界CO2布雷顿循环发电装置内的超临界CO2进行冷却。
可选地，所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块共蒸发器和冷凝器；所述冷却水循环模块与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置共用所述冷却器；所述制冷剂循环模块以制冷剂为工作介质；所述制冷剂循环模块包括所述蒸发器的冷端和所述冷凝器的热端；所述冷却水循环模块以冷却水为工作介质；所述冷却水循环模块包括所述蒸发器的热端和所述冷凝器的冷端；在所述冷源辅助启动装置为所述冷却器提供热水或冷水之前，所述方法还包括：
所述蒸发器的冷端通过所述制冷剂的蒸发吸热，对流经所述蒸发器的热端的冷却水进行降温，产生冷水；
所述冷凝器的热端通过所述制冷剂的冷凝放热，对流经所述冷凝器的冷端的冷却水进行加热，产生热水。
可选地，所述冷却水循环模块还包括三通分流阀和三通合流阀；所述三通分流阀的入口端与所述冷却器的冷端出口连接，所述三通分流阀的第一出口端与所述冷凝器的冷端入口连接，所述三通分流阀的第二出口端与所述蒸发器的热端入口连接；所述三通合流阀的第一入口端与所述冷凝器的冷端出口连接，所述三通合流阀的第二入口端与所述蒸发器的热端出口连接，所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口连接；
所述冷源辅助启动装置将制取的热水提供给所述冷却器，包括：
关闭所述三通分流阀的第二出口端，使所述三通分流阀的入口端与第一出口端相通；同时，关闭所述三通合流阀的第二入口端，使所述三通合流阀的第一入口端与出口端相通；
所述冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给所述冷却器，包括：
关闭所述三通分流阀的第一出口端，使所述三通过分流阀的入口端与第二出口端相通；同时，关闭所述三通合流阀的第一入口端，使所述三通合流阀的第二入口端与出口端相通。
本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统及其工作方法，通过设置超临界CO2布雷顿循环发电系统包括超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置。其中，超临界CO2布雷顿循环发电装置用于以超临界CO2作为循环工质进行发电；超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器，冷源辅助启动装置通过冷却器连接在超临界CO2布雷顿循环发电装置上，冷源辅助启动装置包括制冷剂循环模块和冷却水循环模块，冷源辅助启动装置用于通过制冷剂循环模块和冷却水循环模块为冷却器提供冷水或热水，从而对流经冷却器的CO2进行冷却或加热，冷源辅助启动装置既可以作为加热源，也可以作为冷源，实现了通过冷却器制取冷水时产生的热水为CO2升温，以辅助超临界CO2布雷顿循环发电系统的启动，从而节约了能源，提高了能量利用率，并减少了环境污染，达到了很好的经济效益和环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超临界CO2简单回热布雷顿循环发电系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例一的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例二的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例三的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例四的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法实施例的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法实施例二的流程示意图。
附图标记说明：
100-超临界CO2布雷顿循环发电系统；
110-超临界CO2布雷顿循环发电装置；
111-冷却器；
120-冷源辅助启动装置；
121-制冷剂循环模块；
1211-蒸发器；
1212-冷凝器；
1213-压缩机；
1214-膨胀阀；
122-冷却水循环模块；
1221-三通分流阀；
P1-三通分流阀的第一出口端；
P2-三通分流阀的第二出口端；
P3-三通分流阀的入口端；
1222-三通合流阀；
Q1-三通合流阀的第一入口端；
Q2-三通合流阀的第二入口端；
Q3-三通合流阀的出口端；
1223-水泵；
1224-电动机。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
布雷顿循环作为一种典型的热力学循环，是由美国科学家布雷顿首次提出的以气体为工质的热力学循环。简单的布雷顿循环气体工质先后经过等熵压缩、等压吸热、等熵膨胀以及等压冷却四个过程实现能量的高效转化。当工质处于超临界状态时，由于避免了工质相态的改变，减少了压缩功的消耗，其循环效率能够得到更大的提升。
任何一种物质都存在三种相态：固态、液态和气态，在一定的温度和压力下，物质的相态会发生变化，从而呈现不同的相态。其中，气态和液态两种相态呈现平衡状态的点叫做临界点，临界点处对应的温度和压力分别叫做临界温度和临界压力，物质在临界点处的状态叫做临界态，若对处于临界态的物质继续升温和加压力，当温度和压力提高超过临界温度和临界压力时，物质就进入了超临界态。
当CO2的温度和压力分别达到其临界温度31.1℃和临界压力7.38Mpa时，CO2将处于超临界状态，即成为超临界CO2。超临界CO2是一种介于液态CO2和气态CO2之间CO2，兼具气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，所以，超临界CO2具有流动性好、传热效率高、可压缩性小等典型优势，此外，使用超临界CO2作为循环工质还具有工程可实现性好、循环效率高、组件和系统占地面积小、经济效益好等优点，因此，超临界CO2被认为是最具有发展前景的布雷顿循环工质之一。
超临界CO2布雷顿循环发电系统一种以超临界CO2作为循环工质的闭式循环发电系统。以超临界CO2简单回热布雷顿循环发电系统为例，图1为本申请实施例提供的超临界CO2简单回热布雷顿循环发电系统的结构示意图。超临界CO2布雷顿循环发电系统主要包括加热器、透平、发电机、压缩机、冷却器和回热器等核心部件，循环过程中，工质始终处于超临界态，低温低压的超临界CO2工质经过压缩机升压后，在回热器内与气轮机排出的乏气换热以实现预热，预热到一定温度后，被加热器(利用工业余热、核反应堆、化石燃料或太阳能等)进一步加热，随后进入透平膨胀做功带动发电机发电，做完功的乏气由气缸排出，进入回热器与压缩机排出的低温高压工质换热，达到预冷的目的，预冷后的工质进入冷却器进行进一步冷却，冷却后的超临界CO2再次进入压缩机进行下一次循环。
由于冷态时，超临界CO2布雷顿循环发电系统中的CO2处于气体和流体混合的两相区，由上述分析可知，为了保证超临界CO2布雷顿循环发电系统的正常发电，需要先对系统内的CO2进行加热，使温度和压力升高，从而得到超临界CO2，此过程通常在超临界CO2布雷顿循环发电系统启动时进行。
本申请实施例的整体思路：现有技术中在超临界CO2布雷顿循环发电系统启动时，通常利用燃气、燃煤等(如图1中的加热器)作为加热源，对系统进行加热，得到超临界CO2。同时，在超临界CO2布雷顿循环发电系统工作过程中，通过冷却器外接冷源，实现对系统内超临界CO2的冷却，从而实现发电，由于现有技术中的需要采用单独的加热源和冷源，因此，能量利用率不高。本申请实施例提供一种冷源辅助启动装置，该冷源辅助启动装置作用于冷却器，在制取冷水的同时，可以同时产生热水，既可以满足超临界CO2布雷顿循环发电系统启动时获取超临界CO2的需求，也可以满足超临界CO2布雷顿循环发电系统工作时对超临界CO2进行冷却的需求，一方面，本申请实施例利用冷源辅助启动装置中热水作为加热源，而不需要采用单独的加热源，提高了能量利用率，达到了很好的节能效果，另一方面，本申请实施例采用冷源辅助启动装置，在其工作过程中不需要使用化石燃料，且不会产生有害气体，达到了很好的经济效益和环境效益。
需要说明的是，本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统及其工作方法，既适用于超临界CO2简单回热布雷顿循环发电系统，也适用于超临界CO2再压缩布雷顿循环发电系统，还适用于其他类型的超临界CO2布雷顿循环发电系统。
图2为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例一的结构示意图，如图2所示，本申请实施例中，超临界CO2布雷顿循环发电系统100包括：超临界CO2布雷顿循环发电装置110和冷源辅助启动装置120。
超临界CO2布雷顿循环发电装置110用于以超临界CO2作为循环工质进行发电；超临界CO2布雷顿循环发电装置110包括冷却器111。
冷源辅助启动装置120通过冷却器111连接在超临界CO2布雷顿循环发电装置110上。
冷源辅助启动装置120包括制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122，冷源辅助启动装置120用于通过制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122为冷却器111提供冷水或热水，从而对流经冷却器111的CO2进行冷却或加热。
可以理解的是，本实施例中，超临界CO2布雷顿循环发电装置110中除包括冷却器111外，还可以包括压缩机、透平、电动机、加热器等其他用于实现超临界CO2布雷顿循环发电的器件。
其中，冷源辅助启动装置120连接在冷却器111上，用于辅助冷却器111工作，具体地，冷源辅助启动装置120包括制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122，制冷剂循环模块121以制冷剂为工作介质，冷却水循环模块122以冷却水作为工作介质，通过制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122的两个循环的结合，根据使用需求为冷却器111提供冷水或热水，当冷源辅助启动装置120为冷却器111提供热水时，冷却器111用于对流经的CO2进行加热，从而满足超临界CO2布雷顿循环发电系统100的启动需求，当冷源辅助启动装置120为冷却器111提供冷水时，冷却器111用于对流经的超临界CO2进行冷却，从而满足超临界CO2布雷顿循环发电系统100的发电需求。
在一种可能的实现方式中，超临界CO2布雷顿循环发电装置110中(管道和相应的部件中)预先充入有能够使超临界CO2布雷顿循环发电装置110全功率运行的足量的CO2，制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122内部(管道和相应的部件中)分别预先充入有能够使产生循环冷水和热水的足量的制冷剂和水。
可以理解的是，冷源辅助启动装置120与冷却器111通过管道连接，从而保证冷、热水的循环。
本申请实施例中，通过设置超临界CO2布雷顿循环发电系统100包括超临界CO2布雷顿循环发电装置110和冷源辅助启动装置120。其中，超临界CO2布雷顿循环发电装置110用于以超临界CO2作为循环工质进行发电；超临界CO2布雷顿循环发电装置110包括冷却器111，冷源辅助启动装置120通过冷却器111连接在超临界CO2布雷顿循环发电装置110上，冷源辅助启动装置120包括制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122，冷源辅助启动装置120用于通过制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122为冷却器111提供冷水或热水，从而对流经冷却器111的CO2进行冷却或加热，冷源辅助启动装置120既可以作为加热源，也可以作为冷源，实现了通过冷却器111制取冷水时产生的热水为CO2升温，以辅助超临界CO2布雷顿循环发电系统100的启动，从而节约了能源，提高了能量利用率，并减少了环境污染，达到了很好的经济效益和环境效益。
图3为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例二的结构示意图，在上述实施例的基础上，如图3所示，本实施例中，制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122共用蒸发器1211和冷凝器1212，冷却水循环模块122与超临界CO2布雷顿循环发电装置110共用冷却器111。
制冷剂循环模块121包括蒸发器1211的冷端和冷凝器1212的热端。
冷却水循环模块122包括蒸发器1211的热端和冷凝器1212的冷端。
其中，冷却器111、蒸发器1211、冷凝器1212均为热交换器，基于热传导原理，用来使热量从热流体传递到冷流体。
本申请实施例中，冷却器111以冷却水作为热交换的工作介质，为超临界CO2布雷顿循环发电装置110内部充入的CO2进行加热或冷却。冷却器111可采用间壁式冷却器、喷淋式冷却器、印刷电路板式冷却器、夹套式冷却器或者蛇管式冷却器等。
蒸发器1211和冷凝器1212均分为冷端和热端，且蒸发器1211和冷凝器1212均通过制冷剂和冷却水两种热交换介质进行换热，两种介质不相混合，其中，蒸发器1211的冷端为制冷剂，蒸发器1211的热端为冷却水，冷凝器1212的冷端为冷却水，冷凝器1212的热端为制冷剂。
制冷剂循环模块121以制冷剂为工作介质，包括蒸发器1211的冷端和冷凝器1212的热端；冷却水循环模块122以冷却水为工作介质，包括蒸发器1211的热端和冷凝器1212的冷端。制冷剂循环模块121通过制冷剂在冷凝器1212的热端冷却放热，即为冷凝器1212的冷端的冷却水上提供热量，从而使冷凝器1212的冷端的冷却水温度升高，产生热水。制冷剂循环模块121通过制冷剂在蒸发器1211的冷端蒸发吸热，即蒸发器1211的冷端的制冷剂蒸发时吸收了蒸发器1211的热端的冷却水上的热量，从而使蒸发器1211的热端的冷却水的温度降低，产生冷水。因此，通过制冷剂循环模块121内的制冷剂的循环过程，使冷却水循环模块122在获得冷水的同时，也可以获得热水，由于冷水在蒸发器1211的热端产生，热水在冷凝器1212的冷端产生，因此，通过对冷水和热水输出进行控制，就可以实现根据需要为冷却器提供冷水或热水。
本实施例中，制冷剂可以为氨、氟利昂、四氟乙烷等。
可选地，冷凝器1212可以为立式壳管式冷凝器、卧式壳管式冷凝器、套管式冷凝器或焊接板式冷凝器等。
在一种可能的实现方式中，若冷凝器1212为套管式冷凝器，则冷端为内套管，冷凝器1212的热端为外套管。
可选地，蒸发器1211可以为壳管式蒸发器或水箱式蒸发器等。
本实施例中，通过设置制冷剂循环模块121和冷却水循环模块122共用蒸发器1211和冷凝器1212，冷却水循环模块122与超临界CO2布雷顿循环发电装置110共用冷却器111，制冷剂循环模块121包括蒸发器1211的冷端和冷凝器1212的热端，冷却水循环模块122包括蒸发器1211的热端和冷凝器1212的冷端，通过制冷剂循环模块121内的制冷剂的循环，使冷却水循环模块122在获得冷水的同时，也可以获得热水，从而保证了冷却器111即能够作为冷源，也能作为加热源，超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2进行冷却或加热，使能量得到了合理利用，提高了能量利用率。
图4为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例三的结构示意图，在上述实施例的基础上，如图2所示，本实施例中的制冷剂循环模块121还包括压缩机1213和膨胀阀1214。
压缩机1213的入口与蒸发器1211的冷端出口连接，压缩机1213的出口与冷凝器1212的热端入口连接；压缩机1213用于对制冷剂进行压缩。
膨胀阀1214设置在冷凝器1212的热端出口与蒸发器1211的冷端入口之间；膨胀阀1214用于对制冷剂进行节流。
本实施例中，由蒸发器1211、压缩机1213、冷凝器1212及膨胀阀1214构成制冷剂的闭式循环。其具体循环过程为：压缩机1213通过做功，将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂经冷凝器1212后，变为低温高压的液态制冷剂，低温高压的液态制冷剂再经膨胀阀1214的节流作用变为低温低压的液态制冷剂，再经蒸发器1211变为低温低压的气态制冷剂，完成一次循环。
本实施例中，通过压缩机1213和膨胀阀1214与蒸发器1211、冷凝器1212共同作用，保证了制冷剂循环的顺利进行，进而使冷却水循环模块122在产生冷水的同时，也能够产生热水上，保证了冷源辅助启动装置120既能为冷却器111提供冷水，也能为冷却器111提供热水，可以同时满足超临界CO2布雷顿循环发电装置110启动需求和发电需求，节约了能量。
图5为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统实施例四的结构示意图，在上述实施二的基础上，如图5所示，本实施例中，冷却水循环模块122还包括：三通分流阀1221和三通合流阀1222。
三通分流阀1221的入口端P3与冷却器111的冷端出口连接，三通分流阀1221的第一出口端P1与冷凝器1212的冷端入口连接，三通分流阀1221的第二出口端P2与蒸发器1211的热端入口连接；
三通合流阀1222的第一入口端Q1与冷凝器1212的冷端出口连接，三通合流阀1222的第二入口端Q2与蒸发器1211的热端出口连接，三通合流阀1222的出口端Q3与冷却器111的冷端入口连接。
其中，三通分流阀1221和三通合流阀1222均为三通阀，三通阀的阀体有三个口，通过调节阀芯的位置，可以改变介质的流向，例如，当关闭三通分流阀1221的第二出口P2和三通合流阀1222的第二入口Q2时，冷却器111流出的冷却水经冷凝器1212后流入冷却器111，因此，流入冷却器111的冷却水为热水；当关闭三通分流阀1221的第一出口P1和三通合流阀1222的第一入口Q1时，冷却器111流出的冷却水经蒸发器1211后流入冷却器111，因此，流入冷却器111的冷却水为冷水。
可以理解的是，还可以根据需要的温度，调节控制三通分流阀1221和三通合流阀1222相应口的开度，从而实现对进入冷却器111的冷水和热水的比例的调节。
由此可见，通过调节三通分流阀1221和三通合流阀1222的阀芯的位置，可以实现流入冷却器111的冷却水的温度的控制。
在一种可能的实现方式中，冷却水循环模块122还包括水泵1223和电动机1224。
水泵1223设置在三通合流阀1222的出口端Q3与冷却器111的冷端入口之间，电动机1224与水泵1223连接，水泵1223和电动机1224用于为冷却水循环模块122中的冷却水提供循环动力。
本实现方式中，通过冷却器111、三通分流阀1221、蒸发器1211、冷凝器1212、三通合流阀1222以及水泵1223构成冷却水的闭式循环，并通过电动机1224带动水泵1223工作，为冷却水提供循环动力，提高了冷却水循环模块122中冷却水的循环效率。
图6为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法实施例的流程示意图，本实施例提供的工作方法可用于图2至图5所示任一实施例的超临界CO2布雷顿循环发电系统中，如图6所示，本实施例中，超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法包括：
S101、在超临界CO2布雷顿循环发电装置启动时，冷源辅助启动装置将制取的热水提供给冷却器，以使冷却器对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2进行加热。
本步骤中，在进行超临界CO2布雷顿循环发电装置启动时，冷源辅助启动装置将制取的热水提供给冷却器，即冷源辅助启动装置作为冷却器的加热源为冷却器提供热水，通过冷却器的热交换作用，将热量源源不断地传递给流经冷却器的热侧的CO2，从而实现了对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2的加热。
在一种可能的实现方式，冷源辅助启动装置将制取的热水提供给冷却器包括：
关闭三通分流阀的第二出口端，使三通分流阀的入口端与第一出口端相通，同时，关闭三通合流阀的第二入口端，使三通合流阀的第一入口端与出口端相通。
可选地，本实施例的方法还包括：
S102、在超临界CO2布雷顿循环发电装置发电过程中，冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给冷却器，以使冷却器对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的超临界CO2进行冷却。
在一种可能的实现方式中，冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给冷却器，包括：
关闭三通合流阀的第二入口端，使三通合流阀的第一入口端与出口端相通，同时，关闭三通合流阀的第一入口端，使三通合流阀的第二入口端与出口端相通。
本步骤中，在超临界CO2布雷顿循环发电装置进行发电的过程中，冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给冷却器，即冷源辅助启动装置作为冷却器的冷源为冷却器提供冷水，通过冷却器的热交换作用，将冷却器的热侧的CO2的热量流向冷却器的冷侧的冷却水，从而实现了对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2的冷却。
可以理解的是，上述S101和S102分别是超临界CO2布雷顿循环发电系统在启动时和工作过程中的两种不同的工作方法，不存在先后顺序，在实际使用过程中，根据业务需求选择执行S101或S102。
本实施例中，在超临界CO2布雷顿循环发电装置启动时，通过冷源辅助启动装置将制取的热水提供给冷却器，以使冷却器对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2进行加热，在超临界CO2布雷顿循环发电装置发电过程中，通过冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给冷却器，以使冷却器对超临界CO2布雷顿循环发电装置内的超临界CO2进行冷却，从而通过对冷源辅助启动装置制取的热水和冷水的合理利用，提高了能量利用率，达到了很好的节能效果。
可选地，在上述实施例的基础上，图7为本申请实施例提供的超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法实施例二的流程示意图，如图7所示，本实施例中，在冷源辅助启动装置为冷却器提供热水或冷水之前，本实施例的方法还包括：
S201、蒸发器的冷端通过制冷剂的蒸发吸热，对流经蒸发器的热端的冷却水进行降温，产生冷水。
本步骤中，蒸发器的冷端通过利用制冷剂的蒸发吸热作用，对流经蒸发器的热端的冷却水进行降温，从而产生供超临界CO2布雷顿循环发电装置进行发电所需的冷水。
S202、冷凝器的热端通过制冷剂的冷凝放热，对流经冷凝器的冷端的冷却水进行加热，产生热水。
本步骤中，冷凝器的热端通过制冷剂的冷凝放热作用，对流经冷凝器的冷端的冷却水进行加热，从而产生供超临界CO2布雷顿循环发电装置启动所需的热水。
可以理解的是，由于冷源辅助启动装置基于制冷剂循环和冷却水循环为产生冷水和热水，因此，上述S201和S202为两个并列的步骤，无明显的先后顺序，即同一时刻，在冷源辅助启动装置中既存在产生冷水的过程也存在产生热水的过程。
本实施例中，在冷源辅助启动装置为冷却器提供热水或冷水之前，通过蒸发器的冷端通过制冷剂的蒸发吸热，对流经蒸发器的热端的冷却水进行降温，产生冷水，并通过冷凝器的热端通过制冷剂的冷凝放热，对流经冷凝器的冷端的冷却水进行加热，产生热水，保证了冷源辅助启动装置在产生冷水的同时，产生热水，以供冷却器在不同情况下使用，提高了能量利用率。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种超临界CO2布雷顿循环发电系统，其特征在于，包括：超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置；
所述超临界CO2布雷顿循环发电装置用于以超临界CO2作为循环工质进行发电；所述超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器；
所述冷源辅助启动装置通过所述冷却器连接在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置上；
所述冷源辅助启动装置包括制冷剂循环模块和冷却水循环模块，所述冷源辅助启动装置用于通过所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块为所述冷却器提供冷水或热水，从而对流经所述冷却器的CO2进行冷却或加热。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块共用蒸发器和冷凝器；
所述冷却水循环模块与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置共用所述冷却器；
所述制冷剂循环模块以制冷剂为工作介质；所述制冷剂循环模块包括所述蒸发器的冷端和所述冷凝器的热端；
所述冷却水循环模块以冷却水为工作介质；所述冷却水循环模块包括所述蒸发器的热端和所述冷凝器的冷端。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述制冷剂循环模块还包括压缩机和膨胀阀；
所述压缩机的入口与所述蒸发器的冷端出口连接，所述压缩机的出口与所述冷凝器的热端入口连接；所述压缩机用于对所述制冷剂进行压缩；
所述膨胀阀设置在所述冷凝器的热端出口与所述蒸发器的冷端入口之间；所述膨胀阀用于对所述制冷剂进行节流。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却水循环模块还包括三通分流阀和三通合流阀；
所述三通分流阀的入口端与所述冷却器的冷端出口连接，所述三通分流阀的第一出口端与所述冷凝器的冷端入口连接，所述三通分流阀的第二出口端与所述蒸发器的热端入口连接；
所述三通合流阀的第一入口端与所述冷凝器的冷端出口连接，所述三通合流阀的第二入口端与所述蒸发器的热端出口连接，所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述冷却水循环模块还包括水泵和电动机；
所述水泵设置在所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口之间；
所述电动机与所述水泵连接；所述水泵和所述电动机用于为所述冷却水循环模块中的冷却水提供循环动力。
6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述制冷剂循环模块内部预先充入有足量的制冷剂，所述冷却水循环模块内部预先充入有足量的水。
7.一种超临界CO2布雷顿循环发电系统的工作方法，其特征在于，应用于超临界CO2布雷顿循环发电系统；所述系统包括超临界CO2布雷顿循环发电装置和冷源辅助启动装置；所述超临界CO2布雷顿循环发电装置包括冷却器；所述冷源辅助启动装置通过所述冷却器与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置连接；所述方法包括：
在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置启动时，所述冷源辅助启动装置将制取的热水提供给所述冷却器，以使所述冷却器对所述超临界CO2布雷顿循环发电装置内的CO2进行加热。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述超临界CO2布雷顿循环发电装置发电过程中，所述冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给所述冷却器，以使所述冷却器对所述超临界CO2布雷顿循环发电装置内的超临界CO2进行冷却。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述制冷剂循环模块和所述冷却水循环模块共蒸发器和冷凝器；所述冷却水循环模块与所述超临界CO2布雷顿循环发电装置共用所述冷却器；所述制冷剂循环模块以制冷剂为工作介质；所述制冷剂循环模块包括所述蒸发器的冷端和所述冷凝器的热端；所述冷却水循环模块以冷却水为工作介质；所述冷却水循环模块包括所述蒸发器的热端和所述冷凝器的冷端；在所述冷源辅助启动装置为所述冷却器提供热水或冷水之前，所述方法还包括：
所述蒸发器的冷端通过所述制冷剂的蒸发吸热，对流经所述蒸发器的热端的冷却水进行降温，产生冷水；
所述冷凝器的热端通过所述制冷剂的冷凝放热，对流经所述冷凝器的冷端的冷却水进行加热，产生热水。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷却水循环模块还包括三通分流阀和三通合流阀；所述三通分流阀的入口端与所述冷却器的冷端出口连接，所述三通分流阀的第一出口端与所述冷凝器的冷端入口连接，所述三通分流阀的第二出口端与所述蒸发器的热端入口连接；所述三通合流阀的第一入口端与所述冷凝器的冷端出口连接，所述三通合流阀的第二入口端与所述蒸发器的热端出口连接，所述三通合流阀的出口端与所述冷却器的冷端入口连接；
所述冷源辅助启动装置将制取的热水提供给所述冷却器，包括：
关闭所述三通分流阀的第二出口端，使所述三通分流阀的入口端与第一出口端相通；同时，关闭所述三通合流阀的第二入口端，使所述三通合流阀的第一入口端与出口端相通；
所述冷源辅助启动装置将制取的冷水提供给所述冷却器，包括：
关闭所述三通分流阀的第一出口端，使所述三通过分流阀的入口端与第二出口端相通；同时，关闭所述三通合流阀的第一入口端，使所述三通合流阀的第二入口端与出口端相通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200612 |