CN112922684A - 结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统及工作方法 - Google Patents

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唐鑫
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Abstract

本发明公开了一种结合热光伏系统的多模式发电布雷顿循环系统及工作方法，主要应用于核电、太阳能等新型动力循环发电领域中；该系统包括热光伏系统、蓄电池、压缩机、回热器、高温热源、分离阀、透平、发电机和冷却器；通过调整分流阀开度，匹配两种发电模块的输出功率，使系统在不同负荷要求下运行不同的发电方式，提高了系统的变负荷灵活性，实现了全工况自适应运行。

Description

结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统及工作方法
技术领域
本发明涉及一种多模式发电布雷顿循环系统，特别涉及一种结合了热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统及工作方法。
背景技术
布雷顿循环系统相对于传统的蒸汽朗肯循环，具有循环效率高、系统结构紧凑等优势，广泛适用于燃煤发电、核电和太阳能光热发电等领域。然而，在低负荷运行过程中，由于流量偏离了系统的设计工况，导致压缩机和透平效率下降，进而导致布雷顿循环系统热效率下降，不利于能量的高效利用。
热光伏系统可以将高温工质所产生的辐射能直接转化为电能，具有高效、紧凑、功率密度高、响应速度快等显著优点。将热光伏系统与布雷顿循环系统结合，多种模式发电，有利于提高循环的灵活性，实现系统的全工况自适应运行。
发明内容
本发明是为了解决布雷顿循环系统在低负荷运行时效率较低的问题，提供一种结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统及工作方法，实现多种负荷下全工况自适应灵活运行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统，包括热光伏系统1、蓄电池2、压缩机3、回热器4、高温热源5、分离阀6、透平7、发电机8和冷却器9；
所述高温热源5的出口连接分离阀6的入口，分离阀6将进入热光伏系统1的高温工质分离出来，并从第一出口6.1输送至热光伏系统1的入口，热光伏系统1的出口连接回热器4的热侧入口4.3，热光伏系统1内高温工质的能量将以辐射能的形式释放，并转换成电能，并储存在蓄电池2中；
所述分离阀6第二出口6.2连接透平7的进口，透平7的出口连接回热器4的热侧进口4.3，透平7用于带动发电机8产生电能，回热器4用于回收透平7与热光伏系统1排出工质的余热，并用于加热冷侧高压工质，回热器热侧出口4.4连接冷却器9入口，冷却器9用于将工质冷却到环境温度，减小压缩机3耗功，冷却器9出口连接压缩机3入口，在压缩机3内工质经过压缩成为高压工质，压缩机3出口连接回热器4冷侧入口4.1，回热器4冷侧出口4.2连接高温热源5入口。
本发明所述的结合热光伏系统的多模式发电布雷顿循环系统，通过分流阀6改变高温工质流量分配比，实现在不同负荷下启用不同的发电模式。在低负荷条件下，利用热光伏系统1代替布雷顿循环发电；高负荷条件下布雷顿循环单独或与热光伏系统1共同发电；快速变负荷时，利用热光伏系统1的快速响应特性，通过优化热光伏发电和布雷顿循环发电的配合运行方式，实现系统全工况自适应灵活运行。本发明所述结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环适用于新型动力循环领域。
附图说明
图1为本发明结合热光伏技术的多模式布雷顿循环系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所述，本实施方式所述的结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统，包括热光伏系统1、蓄电池2、压缩机3、回热器4、高温热源5、分离阀6、透平7、发电机8和冷却器9；
高温热源5的出口与分离阀6的入口相连，工质经过回热器4热侧排热、冷却器9冷却、压缩机3压缩、回热器4冷侧加热、高温热源5加热后，在分离阀6处被分为两部分。一部分进入热光伏系统1的高温工质从分离阀6的第一出口6.1输送至热光伏系统1的入口，在热光伏系统1内高温工质的热量以辐射能的形式释放，通过热光伏元件转换成电能，并储存在蓄电池2中，热光伏系统1的出口与回热器4的热侧入口4.3相连。当系统要求负荷较低时，开启分离阀6的第一出口6.1关闭分离阀6的第二出口6.2，高温工质全部进入热光伏系统1。分离阀6第二出口6.2连接透平7的进口，透平7的出口与回热器4的热侧入口4.3相连，高温高压工质在透平7内膨胀做功，推动透平7旋转带动发电机8产生电能。当系统要求负荷较高时，仅开启分离阀6的第一出口6.1或分离阀6的第一出口6.1和第二出口6.2同时开启，高温工质进入透平7中，推动透平7带动发电机8产生电能。在回热器4内透平7与热光伏系统1排出工质的余热用于加热冷侧高压工质，实现工质余热回收利用，回热器热侧出口4.4连接冷却器9入口，冷却器9将工质冷却到环境温度，冷却器9出口连接压缩机3入口，压缩机3内工质压力升高至循环最高压力，压缩机3出口连接回热器4冷侧入口4.1，回热器4冷侧出口4.2连接高温热源5入口，工质在高温热源5内被加热成具有高温高压的工质，完成一次循环。在两种发电模式同时运行时，利用热光伏系统1的快速响应特性，通过先调节分流阀的第二出口6.2的开度，调整热光伏系统发电功率，使系统整体负荷快速上升；而后再同时改变分流阀的第一出口6.1和第二出口6.2的开度，保持系统总功率不变，调节两种发电模式的输出功率，达到快速变负荷的要求。

Claims (2)

1.一种结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统，其特征在于，包括热光伏系统(1)、蓄电池(2)、压缩机(3)、回热器(4)、高温热源(5)、分离阀(6)、透平(7)、发电机(8)和冷却器(9)；
所述高温热源(5)的出口连接分离阀(6)的入口，分离阀(6)将进入热光伏系统(1)的高温工质分离出来，并从第一出口(6.1)输送至热光伏系统(1)的入口，热光伏系统(1)的出口连接回热器(4)的热侧入口(4.3)，在热光伏系统(1)内，高温工质的能量以辐射能的形式释放，由热光伏元件转换成电能，并储存在蓄电池(2)中，同时工质的温度下降；
分离阀(6)第二出口(6.2)连接透平(7)的进口，透平(7)的出口连接回热器(4)的热侧进口(4.3)，透平(7)用于带动发电机(8)产生电能，回热器(4)用于回收透平(7)与热光伏系统(1)排出工质的余热，并用于加热冷侧高压工质，回热器热侧出口(4.4)连接冷却器(9)入口，冷却器(9)用于将工质冷却到环境温度，减小压缩机(3)耗功，冷却器(9)出口连接压缩机(3)入口，在压缩机(3)内工质经过压缩成为高压工质，压缩机(3)出口连接回热器(4)冷侧入口(4.1)，回热器(4)冷侧出口(4.2)连接高温热源(5)入口。
2.权利要求1所述的结合热光伏技术的多模式发电布雷顿循环系统的工作方法，其特征在于，透平(7)与热光伏发电系统(1)出口工质汇集后，依次经过回热器(4)热侧放热、冷却器(9)冷却、压缩机(3)压缩、回热器(4)冷侧加热、高温热源(5)加热后，在分离阀(6)处被分为两部分；当系统要求负荷较低时，开启分离阀(6)的第一出口(6.1)关闭分离阀(6)的第二出口(6.2)，高温工质全部进入热光伏系统(1)；在热光伏系统(1)中，工质携带热量以热辐射的形式被转换为电能，储存在蓄电池(2)中，热光伏系统(1)出口工质流向回热器(4)热侧入口(4.3)，完成一次低负荷下循环；当系统要求负荷较高时，仅开启分离阀(6)的第二出口(6.2)或分离阀(6)的第一出口(6.1)和第二出口(6.2)同时开启，高温工质进入透平(7)中，推动透平(7)带动发电机(8)产生电能，透平(7)出口工质流向回热器(4)的热侧入口(4.3)，完成一次布雷顿循环；在两种发电系统同时运行时，能够利用热光伏系统(1)的快速响应特性，通过先调节分流阀(6)的第一出口(6.1)的开度，调整热光伏系统(1)发电功率，使系统整体负荷快速上升；而后再同时改变分流阀的第一出口(6.1)和第二出口(6.2)的开度，调节分别进入透平(7)和热光伏系统(1)的工质流量，保持系统总功率不变，调节两种发电系统的输出功率所占比例，达到快速变负荷的要求。
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