CN205779516U - 一种带蓄热和制冷的co2布雷顿循环光热发电系统 - Google Patents
一种带蓄热和制冷的co2布雷顿循环光热发电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，包括集热系统、作功系统、传热制冷系统及熔盐蓄热系统；集热系统包括集热塔、蓄热集热器以及作功集热器，其中作功集热器及蓄热集热器设于集热塔上，蓄热集热器与传热制冷系统相连通，作功集热器与作功系统相连通；所述传热制冷系统包括蓄热回热器、蓄热压缩机、冷却器、升压压缩机及膨胀机，该系统能够有效的解决CO2工质难以冷却到拟临界温度的问题，同时能够避免熔盐上塔带来的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能光热发电领域，涉及一种带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统。
背景技术
自人类进入工业文明以来，全球的能源消费以化石能源为主。化石能源不可再生，终究有用完的一天，此外化石能源在利用过程中会排放大量的污染物，给环境和人类自身造成严重的伤害。近几十年来，太阳能作为一种清洁可再生的能源，日益得到人们的重视，太阳能发电的装机容量增长迅猛。太阳能发电分为光伏发电和光热发电。与光伏发电相比，光热发电可配备长时间大规模储能系统，实现稳定长期的功率输出，因此光热发电的应用前景广阔。
目前太阳能热发电系统主要采用水蒸汽朗肯循环，需要消耗大量的水。但是在太阳能资源丰富的地区，水资源一般都较为缺乏，如我国适合开发太阳能热发电的地区集中在青海西北部、甘肃中西部、内蒙古西部和新疆东部。CO2超临界布雷顿循环作为水蒸汽朗肯循环的替代方案，在太阳能热发电方面有着设备小、效率高、投资少等优势，目前该技术已取得了很大的进步。
CO2临界点为32℃，7.6MPa，在超临界压力下，当CO2的温度降低到拟临界温度时，CO2密度迅速增加，体积变小。在一个超临界CO2布雷顿循环中，如果压缩机入口的工质温度可以降低到32℃，那么压缩机的耗功将大大减少，这也是CO2布雷顿循环效率高的原因之一。但是在夏季正午，光热电站的环境温度可能会超过32℃，如果采用空冷，将很难将工质的温度降低到32℃。这是CO2超临界布雷顿循环在光热发电中应用所必须解决的难题。
塔式太阳能热发电系统多采用熔盐蓄热，熔盐蓄热又分为熔盐上塔和不上塔两类，熔盐上塔可以提高蓄热温度，但是熔盐上塔有很多技术难题尚未解决，比如天上飘来的一朵云会导致吸热塔受热不均，集热器的热应力变大，也可能会造成熔盐在局部凝固。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，该系统能够有效的解决CO2工质难以冷却到拟临界温度的问题，同时能够避免熔盐上塔带来的问题。
为达到上述目的，本实用新型所述的带熔盐蓄热的CO2布雷顿循环光热发电系统包括集热系统、作功系统、传热制冷系统及熔盐蓄热系统；
集热系统包括集热塔、蓄热集热器以及作功集热器，其中，蓄热集热器及作功集热器设于集热塔上，蓄热集热器与传热制冷系统相连通，作功集热器与作功系统相连通；
所述传热制冷系统包括蓄热回热器、蓄热压缩机、冷却器、升压压缩机及膨胀机，蓄热集热器的出口与熔盐蓄热系统中蓄热换热器的放热侧入口相连通，熔盐蓄热系统中蓄热换热器的放热侧出口与蓄热回热器放热侧的入口相连通，蓄热回热器放热侧的出口与蓄热压缩机的入口及冷却器的入口相连通，冷却器的出口经膨胀机与作功系统中深度预冷器吸热侧的入口相连通，作功系统中深度预冷器吸热侧的出口与升压压缩机的入口相连通，升压压缩机的出口及蓄热压缩机的出口与蓄热回热器吸热侧的入口相连通，蓄热回热器吸热侧的出口与蓄热集热器的入口相连通。
所述熔盐蓄热系统包括高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、放热换热器及蓄热换热器，其中，高温熔盐储罐的出口与放热换热器放热侧的入口相连通，放热换热器放热侧的出口与低温熔盐储罐的入口相连通，低温熔盐储罐的出口与蓄热换热器吸热侧的入口相连通，蓄热换热器吸热侧的出口与高温熔盐储罐的入口相连通，放热换热器吸热侧的入口及出口分别与高温回热器的吸热侧出口和透平的入口相连通，蓄热换热器放热侧的入口与蓄热集热器的出口相连通，蓄热换热器放热侧的出口蓄热回热器放热侧的入口相连通。
蓄热回热器放热侧的出口通过第一阀门与蓄热压缩机的入口相连通，蓄热压缩机的出口通过第二阀门与蓄热回热器吸热侧的入口相连通。
蓄热回热器放热侧的出口通过第三阀门与冷却器的入口相连通，升压压缩机的出口通过第四阀门与蓄热回热器吸热侧的入口相连通。
所述作功系统包括透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、深度预冷器及主压缩机，透平的入口与作功集热器的出口及放热换热器吸热侧的出口相连通，透平的出口与高温回热器放热侧的入口相连通，高温回热器放热侧的出口与低温回热器放热侧的入口相连通，低温回热器放热侧的出口与预冷器的入口相连通，预冷器的出口与深度预冷器放热侧的入口相连通，深度预冷器放热侧的出口与主压缩机的入口相连通，主压缩机的出口与低温回热器吸热侧的入口相连通，低温回热器吸热侧的出口与高温回热器吸热侧的入口相连通，高温回热器吸热侧的出口与作功集热器的入口及放热换热器吸热侧的入口相连通。
低温回热器放热侧的出口通过再压缩机与高温回热器吸热侧的入口相连通。
预冷器的出口通过旁通阀与主压缩机的入口相连通。
高温回热器吸热侧的出口通过第一调节阀门与放热换热器吸热侧的入口相连通，放热换热器吸热侧的出口通过第二调节阀门与透平的入口相连通。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统包括集热系统、作功系统、传热制冷系统及熔盐蓄热系统，集热系统包括集热塔以及设于集热塔上的蓄热集热器及作功集热器，其中作功集热器内CO2工质压力较高，蓄热集热器内CO2工质压力较低，可以根据抗压需要分别设计不同的集热器，降低集热器的成本，同时本实用新型以CO2为工质，避免熔盐上塔带来的问题；在外界环境温度较高时，让蓄热回热器出口的CO2工质先进入冷却器中将温度降低到略高于环境温度，然后再进入膨胀机，从膨胀机出来的CO2工质温度会降低到比环境温度更低的温度，在实际应用时，选择合适的膨胀比可以使膨胀机出口CO2工质的温度低于作功系统中主压缩机入口处CO2工质的拟临界温度。膨胀机输出的CO2工质再在深度预冷器吸收进入主压缩机之前的CO2工质热量，从而有效地降低作功系统中进入主压缩机中的CO2工质温度，解决CO2工质难以冷却到拟临界温度的问题，并且无需采用冷却水冷却，保证光热发电系统在夏季环境温度高时能够正常运行。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为集热塔、2为蓄热集热器、3为作功集热器、4为低温熔盐储罐、5为高温熔盐储罐、6为蓄热换热器、7为放热换热器、8为第一调节阀门、9为第二调节阀门、10为透平、11为高温回热器、12为再压缩机、13为低温回热器、14为预冷器、15为主压缩机、16为旁通阀、17为深度预冷器、18为蓄热回热器、19为第二阀门、20为蓄热压缩机、21为第一阀门、22为第四阀门、23为第三阀门、24为升压压缩机、25为冷却器、26为膨胀机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统包括集热系统、作功系统、传热制冷系统及熔盐蓄热系统；集热系统包括集热塔1、蓄热集热器2以及作功集热器3，其中，蓄热集热器2及作功集热器3设于集热塔1上，蓄热集热器2与传热制冷系统相连通，作功集热器3与作功系统相连通；所述传热制冷系统包括蓄热回热器18、蓄热压缩机20、冷却器25、升压压缩机24及膨胀机26，蓄热集热器2的出口与熔盐蓄热系统中蓄热换热器6的放热侧入口相连通，熔盐蓄热系统中蓄热换热器6的放热侧出口与蓄热回热器18放热侧的入口相连通，蓄热回热器18放热侧的出口与蓄热压缩机20的入口及冷却器25的入口相连通，冷却器25的出口经膨胀机26与作功系统中深度预冷器17吸热侧的入口相连通，作功系统中深度预冷器17吸热侧的出口与升压压缩机24的入口相连通，升压压缩机24的出口及蓄热压缩机20的出口与蓄热回热器18吸热侧的入口相连通，蓄热回热器18吸热侧的出口与蓄热集热器2的入口相连通。
所述熔盐蓄热系统包括高温熔盐储罐5、低温熔盐储罐4、放热换热器7及蓄热换热器6，其中，高温熔盐储罐5的出口与放热换热器7放热侧的入口相连通，放热换热器7放热侧的出口与低温熔盐储罐4的入口相连通，低温熔盐储罐4的出口与蓄热换热器6吸热侧的入口相连通，蓄热换热器6吸热侧的出口与高温熔盐储罐5的入口相连通，放热换热器7吸热侧的入口及出口分别与高温回热器11的吸热侧出口和透平10的入口相连通，蓄热换热器6放热侧的入口与蓄热集热器2的出口相连通，蓄热换热器6放热侧的出口蓄热回热器18放热侧的入口相连通；蓄热回热器18放热侧的出口通过第一阀门21与蓄热压缩机20的入口相连通，蓄热压缩机20的出口通过第二阀门19与蓄热回热器18吸热侧的入口相连通；蓄热回热器18放热侧的出口通过第三阀门23与冷却器25的入口相连通，升压压缩机24的出口通过第四阀门22与蓄热回热器18吸热侧的入口相连通。
所述作功系统包括透平10、高温回热器11、低温回热器13、预冷器14、深度预冷器17及主压缩机15，透平10的入口与作功集热器3的出口及放热换热器7吸热侧的出口相连通，透平10的出口与高温回热器11放热侧的入口相连通，高温回热器11放热侧的出口与低温回热器13放热侧的入口相连通，低温回热器13放热侧的出口与预冷器14的入口相连通，预冷器14的出口与深度预冷器17放热侧的入口相连通，深度预冷器17放热侧的出口与主压缩机15的入口相连通，主压缩机15的出口与低温回热器13吸热侧的入口相连通，低温回热器13吸热侧的出口与高温回热器11吸热侧的入口相连通，高温回热器11吸热侧的出口与作功集热器3的入口及放热换热器7吸热侧的入口相连通；低温回热器13放热侧的出口通过再压缩机12与高温回热器11吸热侧的入口相连通；预冷器14的出口通过旁通阀16与主压缩机15的入口相连通；高温回热器11吸热侧的出口通过第一调节阀门8与放热换热器7吸热侧的入口相连通，放热换热器7吸热侧的出口通过第二调节阀门9与透平10的入口相连通。
本实用新型的具体工作过程为：
作功集热器3输出的高温高压CO2工质进入透平10作功，作完功后CO2工质压力降低，但其温度较高，透平10输出的CO2工质依次引入高温回热器11的放热侧及低温回热器13的放热侧中将热量传递给高压低温的CO2工质，低温回热器13放热侧输出的CO2工质分为两路，其中一路经再压缩机12升压后与低温回热器13吸热侧输出的高压CO2工质混合进入到高温回热器11的吸热侧中，另一路进入预冷器14中向环境放热，当环境温度较低，预冷器14出口的工质温度达到设计参数值，则直接经旁通阀16进入压缩机，当外界环境温度较高，预冷器14出口的工质温度达不到设计参数时，则预冷器14输出的CO2工质进入到深度预冷器17中放热，然后再进入到主压缩机15中，主压缩机15输出的CO2工质进入到低温回热器13的吸热侧中吸热，高温回热器11吸热侧输出的CO2工质在光照充足时进入到作功集热器3中吸热，在光照不足时进入到放热换热器7中吸热。
当传热制冷系统只有蓄热功能时，则关闭第三阀门23及第四阀门22，开启第一阀门21及第二阀门19，传热工质经蓄热压缩机20升压后进入蓄热回热器18的吸热侧中回收热量，然后再进入蓄热集热器2吸收由太阳辐射能转换成的热量，吸热升温后的传热工质进入蓄热换热器6中将热量释放给蓄热介质而温度降低，温度降低后的传热工质进入蓄热回热器18中进一步释放热量，然后进入蓄热压缩机20中进行压缩。
当传热制冷系统的蓄热和制冷功能同时开启时，关闭第一阀门21及第二阀门19，开启第三阀门23及第四阀门22，从蓄热回热器18出来的低压传热工质先进入冷却器25中向外界释放热量而温度降低，然后再进入膨胀机26作功，作功后的传热流体温度及压力降低，低温低压的传热工质进入深度预冷器17吸热，其目的在于降低进入到主压缩机15中的CO2工质温度，使进入到主压缩机15中的CO2工质温度到达拟临界温度，深度预冷器17吸热侧输出的传热工质经升压压缩机24升压后再进入到蓄热回热器18的吸热侧中吸热，然后再进入到蓄热集热器2中吸热。
Claims (8)
1.一种带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，包括集热系统、作功系统、传热制冷系统及熔盐蓄热系统；
集热系统包括集热塔(1)、蓄热集热器(2)以及作功集热器(3)，其中，蓄热集热器(2)及作功集热器(3)设于集热塔(1)上，蓄热集热器(2)与传热制冷系统相连通，作功集热器(3)与作功系统相连通；
所述传热制冷系统包括蓄热回热器(18)、蓄热压缩机(20)、冷却器(25)、升压压缩机(24)及膨胀机(26)，蓄热集热器(2)的出口与熔盐蓄热系统中蓄热换热器(6)的放热侧入口相连通，熔盐蓄热系统中蓄热换热器(6)的放热侧出口与蓄热回热器(18)放热侧的入口相连通，蓄热回热器(18)放热侧的出口与蓄热压缩机(20)的入口及冷却器(25)的入口相连通，冷却器(25)的出口经膨胀机(26)与作功系统中深度预冷器(17)吸热侧的入口相连通，作功系统中深度预冷器(17)吸热侧的出口与升压压缩机(24)的入口相连通，升压压缩机(24)的出口及蓄热压缩机(20)的出口与蓄热回热器(18)吸热侧的入口相连通，蓄热回热器(18)吸热侧的出口与蓄热集热器(2)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，所述熔盐蓄热系统包括高温熔盐储罐(5)、低温熔盐储罐(4)、放热换热器(7)及蓄热换热器(6)，其中，高温熔盐储罐(5)的出口与放热换热器(7)放热侧的入口相连通，放热换热器(7)放热侧的出口与低温熔盐储罐(4)的入口相连通，低温熔盐储罐(4)的出口与蓄热换热器(6)吸热侧的入口相连通，蓄热换热器(6)吸热侧的出口与高温熔盐储罐(5)的入口相连通，放热换热器(7)的吸热侧与作功系统相连通，蓄热换热器(6)放热侧的入口与蓄热集热器(2)的出口相连通，蓄热换热器(6)放热侧的出口与蓄热回热器(18)放热侧的入口相连通。
3.根据权利要求1所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，蓄热回热器(18)放热侧的出口通过第一阀门(21)与蓄热压缩机(20)的入口相连通，蓄热压缩机(20)的出口通过第二阀门(19)与蓄热回热器(18)吸热侧的入口相连通。
4.根据权利要求3所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，蓄热回热器(18)放热侧的出口通过第三阀门(23)与冷却器(25)的入口相连通，升压压缩机(24)的出口通过第四阀门(22)与蓄热回热器(18)吸热侧的入口相连通。
5.根据权利要求1所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，所述作功系统包括透平(10)、高温回热器(11)、低温回热器(13)、预冷器(14)、深度预冷器(17)及主压缩机(15)，透平(10)的入口与作功集热器(3)的出口及放热换热器(7)吸热侧的出口相连通，透平(10)的出口与高温回热器(11)放热侧的入口相连通，高温回热器(11)放热侧的出口与低温回热器(13)放热侧的入口相连通，低温回热器(13)放热侧的出口与预冷器(14)的入口相连通，预冷器(14)的出口与深度预冷器(17)放热侧的入口相连通，深度预冷器(17)放热侧的出口与主压缩机(15)的入口相连通，主压缩机(15)的出口与低温回热器(13)吸热侧的入口相连通，低温回热器(13)吸热侧的出口与高温回热器(11)吸热侧的入口相连通，高温回热器(11)吸热侧的出口与作功集热器(3)的入口及放热换热器(7)吸热侧的入口相连通。
6.根据权利要求5所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，低温回热器(13)放热侧的出口通过再压缩机(12)与高温回热器(11)吸热侧的入口相连通。
7.根据权利要求5所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，预冷器(14)的出口通过旁通阀(16)与主压缩机(15)的入口相连通。
8.根据权利要求5所述的带蓄热和制冷的CO2布雷顿循环光热发电系统，其特征在于，高温回热器(11)吸热侧的出口通过第一调节阀门(8)与放热换热器(7)吸热侧的入口相连通，放热换热器(7)吸热侧的出口通过第二调节阀门(9)与透平(10)的入口相连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |