CN114810521A - 光热增强型有机朗肯循环地热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地热发电领域，尤其是一种将地热能发电和太阳能发电系统进行耦合设计，从而提高地热发电机组的装机容量和发电效益的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，包括一级地热热交换装置，所述一级地热热交换装置包括地热流体管路和工质流体管路，包括太阳能集热装置和设置有地热流体管路和工质流体管路的二级地热热交换装置，所述一级地热热交换装置的地热流体管路出口与太阳能集热装置的入口连通，太阳能集热装置的出口与二级地热热交换装置的地热流体管路入口连通。本发明尤其适用于地热能和太阳能都可以加以利用的地区使用。
Description
技术领域
本发明涉及地热发电领域，尤其是一种光热增强型有机朗肯循环地热发电系统。
背景技术
地热能和太阳能都属于可再生的清洁能源，且都具有分布广、储量大、可循环利用的特点。通过利用地热能和太阳能资源发电，可实现良好的碳减排效益，特别在我国当前“双碳”目标背景下，显得更加重要。根据我国地热能和太阳能资源禀赋情况，我国均具备可发电的地热能和太阳能资源，且具有一定的地理位置重叠性。例如在青藏高原某些地区，就同时存在丰富的光照条件和高温地热田可用于发电。另外，利用上述两种能源发电都存在各自较为明显的短板：地热发电不受环境影响，年利用小时数高，但发电功率受地热热储温度、流量等限制，通常发电效率不高；光热发电蒸汽参数可控，可产生超高压等级的过热蒸汽(550℃&14MPa)，发电效率较高，但受环境波动所限年利用小时数低，且需配置中间导热系统和一定规模的储能系统以优化发电量，使得工艺系统复杂，工程投资和占地面积有较大增加。因此，将地热能发电和太阳能发电系统进行耦合设计，通过太阳能直接将一次发电后的地热尾水加热升温，并送入机组进行二次发电，是一种简单高效利用可再生能源的方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种将地热能发电和太阳能发电系统进行耦合设计，从而充分发挥地热能发电和太阳能发电各自优势，从而提高地热发电机组的装机容量和发电效益的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，包括一级地热热交换装置，所述一级地热热交换装置包括地热流体管路和工质流体管路，包括太阳能集热装置和设置有地热流体管路和工质流体管路的二级地热热交换装置，所述一级地热热交换装置的地热流体管路出口与太阳能集热装置的入口连通，太阳能集热装置的出口与二级地热热交换装置的地热流体管路入口连通。
进一步的是，所述一级地热热交换装置包括彼此连通的蒸发器和预热器，其中，一级地热热交换装置内的地热流体依次经过蒸发器和预热器后与太阳能集热装置的入口连通，一级地热热交换装置的内的工质流体依次经过预热器和蒸发器后与发电设备连通。
进一步的是，所述二级地热热交换装置包括彼此连通的蒸发器和预热器，其中，太阳能集热装置流出的地热流体依次经过二级地热热交换装置的蒸发器和预热器，二级地热热交换装置的内的工质流体依次经过二级地热热交换装置的预热器和蒸发器后与发电设备连通。
进一步的是，所述二级地热热交换装置的地热流体流出口处设置有回灌泵。
进一步的是，所述回灌泵的泵送方向为朝向回灌井方向。
进一步的是，一级地热热交换装置的地热流体管路与地热生产井连通。
进一步的是，一级地热热交换装置的地热流体管路出口处设置有一级三通阀，二级地热热交换装置的地热流体管路出口处设置有二级三通阀，所述一级三通阀和二级三通阀之间彼此连通。
进一步的是，二级地热热交换装置的工质流体管路入口处设置有工质流体三通阀，工质流体三通阀与一级地热热交换装置的工质流体管路入口连通。
进一步的是，一级地热热交换装置的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。
进一步的是，二级地热热交换装置的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。
本发明的有益效果是：一、在具备丰富光照条件和高温地热资源的地区，可采用本发明提供的技术方案，利用太阳能集热装置即太阳能增强系统加热升温一次发电后的地热尾水，并送入机组进行二次发电，实现当地可再生资源的梯级利用，扩大发电机组装机容量和发电效益；二、本发明提供的一种光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其中太阳能增强系统采用直接热力循环工艺，即聚集的太阳辐射能直接加热一级地热热交换模块热水出口的地热尾水，和传统的光热间接热力循环工艺相比，节省了中间导热系统和储能系统，使得工艺系统更简单，工程投资较低；三、当太阳能增强系统不工作时，地热发电机组仍能运行，且机组的发电效率几乎不受影响。本发明尤其适用于地热能和太阳能都可以加以利用的地区使用。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图中标记为：地热生产井1、蒸发器2、预热器3、一级三通阀4、太阳能集热装置5、蒸发器6、二级三通阀8、回灌泵9、回灌井10、一级透平机11、一级发电机12、空冷岛13、工质泵14、二级发电机15、二级透平机16、工质流体三通阀17、地热流体111、工质流体112、一级地热热交换装置21、二级地热热交换装置61。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，包括一级地热热交换装置21，所述一级地热热交换装置21包括地热流体管路和工质流体管路，包括太阳能集热装置5和设置有地热流体管路和工质流体管路的二级地热热交换装置61，所述一级地热热交换装置21的地热流体管路出口与太阳能集热装置5的入口连通，太阳能集热装置5的出口与二级地热热交换装置61的地热流体管路入口连通。
其中，太阳能集热装置5一般由多个太阳能聚光集热模块组成，优选采用槽式集热方式，实现将一级地热热交换装置21流出的地热流体加热，从而提高地热流体进入二级地热热交换装置61时的温度。一般选择发电系统的循环工质为低沸点有机工质为宜。在实际使用时，当系统全部投运时，一级地热热交换装置21和二级地热热交换装置61产生的有机工质蒸气分别导入一级透平机11和二级透平机16进行冲转发电，此时发电机组的发电功率最大，地热尾水回灌旁路不投运。当太阳能集热装置5由于外部天气等因素停运时，仅一级地热热交换装置21产生的有机工质蒸气导入一级透平机11发电，同时一级地热热交换装置21的热水出口的地热尾水经回灌旁路由回灌泵9升压后输送至回灌井10进行回灌，一般的，优选所述二级地热热交换装置61的地热流体流出口处设置有回灌泵9，所述回灌泵9的泵送方向为朝向回灌井10方向。一级地热热交换装置21的地热流体管路与地热生产井1连通，从而实现地热流体源源不断的供给。
为了实现一级地热热交换装置21更高的热交换效率，优选所述一级地热热交换装置21包括彼此连通的蒸发器2和预热器3，其中，一级地热热交换装置21内的地热流体依次经过蒸发器2和预热器3后与太阳能集热装置5的入口连通，一级地热热交换装置21的内的工质流体依次经过预热器3和蒸发器2后与发电设备连通。蒸发器2和预热器3的设置，可以实现工质流体和地热流体之间的充分热交换，大大提高热交换效率。基于同样的构思，优选所述二级地热热交换装置61包括彼此连通的蒸发器6和预热器7，其中，太阳能集热装置5流出的地热流体依次经过二级地热热交换装置61的蒸发器6和预热器7，二级地热热交换装置61的内的工质流体依次经过二级地热热交换装置61的预热器7和蒸发器6后与发电设备连通。
优选一级地热热交换装置21的地热流体管路出口处设置有一级三通阀4，二级地热热交换装置61的地热流体管路出口处设置有二级三通阀8，所述一级三通阀4和二级三通阀8之间彼此连通，从而实现地热流体的循环加热使用。优选二级地热热交换装置61的工质流体管路入口处设置有工质流体三通阀17，工质流体三通阀17与一级地热热交换装置21的工质流体管路入口连通，从而实现工质流体成为一个封闭的循环路径，从而让一级地热热交换装置21以及二级地热热交换装置61内工质循环使用。其中，如图1所示，为了实现气态工质流体发电和发电后乏气快速的冷凝，优选所述一级地热热交换装置21的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。基于同样的构思，优选二级地热热交换装置61的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。
Claims (10)
1.光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，包括一级地热热交换装置(21)，所述一级地热热交换装置(21)包括地热流体管路和工质流体管路，其特征在于：包括太阳能集热装置(5)和设置有地热流体管路和工质流体管路的二级地热热交换装置(61)，所述一级地热热交换装置(21)的地热流体管路出口与太阳能集热装置(5)的入口连通，太阳能集热装置(5)的出口与二级地热热交换装置(61)的地热流体管路入口连通。
2.如权利要求1所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：所述一级地热热交换装置(21)包括彼此连通的蒸发器(2)和预热器(3)，其中，一级地热热交换装置(21)内的地热流体依次经过蒸发器(2)和预热器(3)后与太阳能集热装置(5)的入口连通，一级地热热交换装置(21)的内的工质流体依次经过预热器(3)和蒸发器(2)后与发电设备连通。
3.如权利要求1所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：所述二级地热热交换装置(61)包括彼此连通的蒸发器(6)和预热器(7)，其中，太阳能集热装置(5)流出的地热流体依次经过二级地热热交换装置(61)的蒸发器(6)和预热器(7)，二级地热热交换装置(61)的内的工质流体依次经过二级地热热交换装置(61)的预热器(7)和蒸发器(6)后与发电设备连通。
4.如权利要求1、2或3所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：所述二级地热热交换装置(61)的地热流体流出口处设置有回灌泵(9)。
5.如权利要求4所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：所述回灌泵(9)的泵送方向为朝向回灌井(10)方向。
6.如权利要求1、2或3所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：一级地热热交换装置(21)的地热流体管路与地热生产井(1)连通。
7.如权利要求1、2、3或5所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：一级地热热交换装置(21)的地热流体管路出口处设置有一级三通阀(4)，二级地热热交换装置(61)的地热流体管路出口处设置有二级三通阀(8)，所述一级三通阀(4)和二级三通阀(8)之间彼此连通。
8.如权利要求1、2、3或5所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：二级地热热交换装置(61)的工质流体管路入口处设置有工质流体三通阀(17)，工质流体三通阀(17)与一级地热热交换装置(21)的工质流体管路入口连通。
9.如权利要求1、2、3或5所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：一级地热热交换装置(21)的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。
10.如权利要求9所述的光热增强型有机朗肯循环地热发电系统，其特征在于：二级地热热交换装置(61)的工质流体，依次经过其对应的透平机和空冷岛后，再次进行下一次循环使用。
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