CN207568778U - 一种基于可再生能源的冷热电联供系统 - Google Patents

Abstract

一种基于可再生能源的冷热电联供系统，包括燃气发电系统、太阳能高温发电系统，燃气发电系统包括燃气轮机、发电机、制冷系统、高温热交换器、低温热交换器、气气换热器、烟气处理装置；太阳能高温发电系统包括太阳能高温集热器，太阳能高温集热器连接太阳能高温集热热交换器,太阳能高温集热热交换器依次连接热水箱、蒸汽发生器、燃气发电系统的高温热交换器、第一汽轮机、第一发电机、冷凝器、燃气发电系统的低温热交换器、储水器、水泵，水泵的出口连接到太阳能高温集热热交换器形成一个循环。本实用新型有效多级利用燃气发电的余热，并且优化了太阳能高低温发电的性能，实现为室内供热、供冷、供电，并向电网输电。

Description

一种基于可再生能源的冷热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及可再生能源利用领域，具体的说是一种基于可再生能源的冷热电联供系统。

背景技术

继风电和光电之后，聚光太阳能发电已经开始展露头角，有望在能源匮乏问题和全球气候变暖问题发挥重要作用。聚光太阳能发电正在不断地发展中，据估计到2030年其在全球能源供应中所占份额将达到3％-3.6％，到2050年占 8％-11.8％，增长速度非常快。

实践中，如果单独建设聚光太阳能发电系统，不仅要建设太阳能聚光系统，还要建设热能发电系统，将水从环境状态加热至过热状态，这样造价高，效率低。另一方面，目前太阳能低温发电系统大多采用纯工质的单级循环，并且其工作温度在太阳能集热温度的限制下，工作温度不高；其膨胀机的乏汽一般直接排出，导致热量浪费，效率低下，间接的增加了太阳能集热的成本。天然气分布式能源是指利用天然气为原料，通过产生热电冷为用户供能，其效率一般可达70％，但目前天然气排气余热并未得到充分的利用导致效率低下，能源浪费。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种将太阳能发电与燃气轮机优化结合起来的、能源利用率高的，实现室内供热、供冷、供电的，并向电网输电的基于可再生能源的冷热电联供系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于可再生能源的冷热电联供系统，包括燃气发电系统、太阳能高温发电系统，

所述燃气发电系统包括燃气轮机、发电机、制冷系统、高温热交换器、低温热交换器、气气换热器、烟气处理装置；燃气轮机内的高温燃气做功，带动发电机发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电；燃气轮机的排气出口连接供冷支路和供热支路，供冷支路上依次设置阀门、制冷系统，之后连通到预设在室内的冷/热气喷口供冷；供热支路上设置高温热交换器，高温热交换器的排气出口设置两条分支，一条分支设置低温热交换器，另一条分支设置阀门、气气换热器，气气换热器与室内空气换热，换热后的室内空气连接到室内的冷/热气喷口供暖，低温热交换器和气气换热器的排气出口连通到烟气处理装置，烟气处理装置内设置回收烟气热量的、用于低温供热水或供暖的加热管；

所述太阳能高温发电系统包括太阳能高温集热器、太阳能高温集热热交换器、热水箱、蒸汽发生器、汽轮机、第一发电机、冷凝器、储水器、水泵；储水器内的水作为循环工质通过水泵输送到太阳能高温集热热交换器，太阳能高温集热器连接太阳能高温集热热交换器加热循环水，太阳能高温集热热交换器的循环水出口通过热水箱连接蒸汽发生器，蒸汽发生器的蒸汽出口连接燃气发电系统的高温热交换器的蒸汽入口，高温热交换器的蒸汽出口连接汽轮机，汽轮机的过热蒸汽做功，带动第一发电机发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电，汽轮机的乏汽出口连接冷凝器的冷凝水入口，冷凝器的冷凝水出口连接燃气发电系统的低温热交换器的水路入口，低温热交换器的水路出口连接储水器。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，还包括太阳能低温发电系统，太阳能低温发电系统设置太阳能低温集热器、二氧化碳加热器、膨胀机、第二发电机、二氧化碳换热器、二氧化碳储罐、泵，二氧化碳储罐通过泵连接太阳能低温集热器的介质入口，太阳能低温集热器被加热的二氧化碳通过介质出口连通到二氧化碳加热器的气体入口，二氧化碳加热器设置在燃气发电系统的低温热交换器与烟气处理装置之间，二氧化碳加热器设置与低温热交换器的排气换热的二氧化碳换热管，二氧化碳加热器被加热口的二氧化碳过热蒸汽通过气体出口连接到膨胀机，膨胀机的二氧化碳过热蒸汽做功，带动第二发电机发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电，膨胀机的乏汽出口连接二氧化碳换热器，二氧化碳换热器内被冷却的二氧化碳通过气体出口连接到二氧化碳储罐。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，还包括水预热单元，燃气轮机的入口设置燃气支路和带空气压缩机的空气支路，空气压缩机设置压缩泵换热器，给水通过水泵连接压缩泵换热器，压缩泵换热器的加热给水分为两条分支，其中一条分支连接到太阳能高温发电系统的冷凝器入口，给水与冷凝器的冷凝水混合后连接到低温热交换器的水路入口；另一条分支连接到太阳能低温发电系统的二氧化碳换热器，二氧化碳换热器设置换热水管，换热水管的出水口连接到燃气发电系统的低温热交换器的水路入口。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述太阳能高温发电系统的太阳能高温集热器采用上述集热器，加热温度为400℃-600℃，集热工质为导热油；太阳能高温集热器设置储热系统，储热系统采用Hitec作为储热介质。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述太阳能高温发电系统的热水箱通过阀门连接到室内进行高温供暖。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述太阳能低温集热器利用固定的太阳能装置加热二氧化碳，固定的太阳能装置为平板集热器或真空管集热器。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述真空管集热器为由抛物面结构的聚光镜组成的阵列，沿各聚光镜的聚光轴线上布置一真空吸热管，沿聚光镜阵列的同一东西轴线方向上设置反射镜，反射镜成对设置，位于东侧的反射镜面向西侧，位于西侧的反射镜面向东侧，反射镜设置高度和角度调整机构。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，同一东西轴线方向上相邻的若干聚光镜东侧和西侧设置一对或多对不同预设角度的反射镜，反射镜的高度和角度调整机构为齿轮齿条配合机构或可移动支架；成对的反射镜之间设置有4-5 个聚光镜。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述燃气发电系统中的制冷系统为直燃式溴化锂吸收式制冷系统。

上述基于可再生能源的冷热电联供系统，所述室内的冷/热气喷口采用四角切圆方式工作，室内的四角设置等高度的四个冷/热气喷口，四个冷/热气喷口的出口方向和角度在室内形成一个假想圆的顺向切线，各冷/热气喷口为带有过滤网的圆形喷口、方形喷口或椭圆喷口。

本实用新型在采用上述技术方案后，具有如下技术进步的效果：

本实用新型把太阳能高低温两级发电系统与燃气轮机的排气结合起来；燃气轮机的高温排气将太阳能高温发电系统产生的蒸汽加热至过热蒸汽，减少太阳能高温集热的负担；太阳能低温发电系统的二氧化碳蒸汽经燃气轮机排气的进一步加热，增加其做功能力。本实用新型有效多级利用燃气发电的余热，并且优化了太阳能高低温发电的性能，实现为室内供热、供冷、供电，并向电网输电。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的示意图；

图2是本实用新型对室内供暖供冷的示意图；

图3是本实用新型真空管集热器的示意图；

图4是图3的俯视图。

图中各标号表示为：1、水泵，2、压缩泵热交换器，3、空气压缩机，4、燃气轮机，5、高温热交换器，6、汽轮机，7、冷凝器，8、低温热交换器，9、储水器，10、太阳能高温集热器，11、太阳能高温集热热交换器，12、热水箱，13、蒸汽发生器，14、二氧化碳换热器，15、二氧化碳储罐，16、太阳能低温集热器，17、二氧化碳加热器，18、膨胀剂，19、烟气处理装置，20、阀门，21、泵，22、储热系统，23、制冷系统，24、气气换热器，25、发电机，26、第一发电机，27、第二发电机，28、变压器，29、室内，30、冷/热气喷口，31、假想圆，32、聚光镜，33、真空吸热管，34、反射镜，35、高度调整机构，36、角度调整机构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明：

本实用新型涉及一种基于可再生能源的冷热电联供系统，如图1所示，包括燃气发电系统、太阳能高温发电系统、太阳能低温发电系统。燃气发电系统的燃气轮机的高温燃气做功，带动发电机发电提供电能，燃气轮机的高温排气通过制冷系统供冷，通过各级热交换器供热，并对太阳能高温发电系统和太阳能低温发电系统进行换热，分级利用余热。太阳能高温发电系统以水为循环工质进行发电，太阳能低温发电系统以二氧化碳为循环工质进行发电，同时充分利用燃气发电系统的各级余热，简化太阳能聚光系统和热能发电系统的建设，能源利用合理充分。

所述燃气发电系统包括燃气轮机4、发电机25、制冷系统23、高温热交换器5、低温热交换器8、气气换热器24、烟气处理装置19。燃气轮机4的入口设置空气支路和燃气支路，空气支路上设置空气压缩机3，空气与燃气在燃气轮机4的燃烧室燃烧产生高温燃气，燃气轮机4的高温燃气做功输出机械能，驱动发电机25发电提供电能，一部分电能作为自用电供给室内，另一部分剩余的电能通过变压器输送到电网。

燃气轮机4的排气口连接两条支路，一条支路为供冷支路，供冷支路上依次设置阀门20、直燃式溴化锂吸收式制冷系统，为用户供冷。供冷方式为四角切圆方式，如图2所示，室内29的四角设置等高度的四个冷/热气喷口30，各个冷/热气喷口30以一定角度向室内供暖和供冷，以此在室内29形成一个假想圆31，加速室内空气进行换热，提高供暖供冷效率。各冷/热气喷口30为带有过滤网的圆形喷口、方形喷口或椭圆喷口。另一条支路为供热支路，供热支路包括一条总路和两条分支，总路上设置高温热交换器5，一条分支上设置低温热交换器8和二氧化碳加热器17，另一条分支设置阀门20、气气换热器24，之后，二氧化碳加热器17的排气出口与气气换热器24的排气出口均连接到烟气处理装置19。其中，高温热交换器5为太阳能高温发电系统加热过热蒸汽，低温热交换器8为太阳能高温发电系统预热循环水，二氧化碳加热器17为太阳能低温发电系统加热二氧化碳过热蒸汽，气气换热器24与室内空气换热，被加热的室内空气从气气换热器的空气出口连接到室内的冷/热气喷口30供热，烟气处理装置19中布置加热管以加热冷却水和回收烟气余热，进行热量交换和有害成分吸收，吸收的热量用于低温供热水或供暖。

所述太阳能高温发电系统包括太阳能高温集热器10，太阳能高温集热器10 连接太阳能高温集热热交换器11。太阳能高温集热热交换器11依次连接热水箱 12、蒸汽发生器13、燃气发电系统的高温热交换器5、汽轮机6、冷凝器7、燃气发电系统的低温热交换器8、储水器9、水泵1，汽轮机6连接第一发电机26，水泵1的出口连接到太阳能高温集热热交换器11形成一个循环。储水器9内的水作为循环工质通过水泵1被输送到太阳能高温集热热交换器11的循环水入口，太阳能高温集热热交换器11通过太阳能高温集热器10加热循环水，太阳能高温集热热交换器11的被加热的循环水经过循环水出口进入热水箱12，热水箱12的热水进入蒸汽发生器13产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高温热交换器5 与燃气轮机4的高温排气换热形成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机6膨胀做功，汽轮机6带动第一发电机26发电，提供用于自用电及电网的电能。汽轮机6排出的乏汽进入冷凝器7形成冷凝水，冷凝水进入低温热交换器8与燃气发电系统的排气换热，形成预热的循环水进入储水器9，从而完成一个循环。

本实施例中，太阳能高温集热器10采用槽式太阳能或塔式太阳能，或其两者结合形式，加热温度为400℃-600℃，集热工质为导热油。此外，太阳能高温集热器10还连接储热系统22，储热系统22采用Hitec储热介质，在白天满足供热时，把多余的太阳能集热进入储热系统22储存起来或者加大太阳能发电。热水箱12通过阀门向室内供热水和高温供暖，供水量根据实际需要由阀门进行调节。

所述太阳能低温发电系统为依次连接的太阳能低温集热器16、二氧化碳加热器17、膨胀机18、二氧化碳换热器14、二氧化碳储罐15、泵21，膨胀机18 连接第二发电机27，泵21的出口连接到太阳能低温加热器的介质入口形成一个循环。二氧化碳作为循环工质，由泵21从二氧化碳储罐15抽出进入太阳能低温集热器加热，被加热到100℃左右的二氧化碳进入二氧化碳加热器17进一步提高温度，增强其作功能力，然后进入膨胀机18中膨胀做功，膨胀机18带动第二发电机27发电，发的电量一部分经过变压器输送到电网，一部分自用；二氧化碳乏气进入二氧化碳热交换器14进行冷却，然后进入二氧化碳储罐15进行下一个工作循环。太阳能低温集热器16利用固定的太阳能装置加热二氧化碳，固定的太阳能装置为平板集热器或真空管集热器。

当为真空集热器时，是由若干聚光镜32组成的阵列结构，聚光镜32呈抛物面结构，抛物面的聚光轴线呈东西向设置，聚光轴线处安装一真空吸热管33，用于吸收聚光镜汇聚到的太阳光能。为提高太阳光能的吸收率，还成对的设置反射镜34，如图3和图4所示，反射镜34也沿东西轴线成对设置，每4-5个聚光镜共用一对反射镜34。反射镜34相对设置，位于东侧的反射镜面向西侧，在日落时段将来自西方的太阳光线汇聚到聚光镜或真空吸热管；位于西侧的反射镜面向东侧，在日出时段将来自东方的太阳光线汇聚到聚光镜或真空吸热管，足以提高10-20％的太阳光能吸收率。为随太阳升起角度不同、提高吸收效果，反射镜34设置高度和角度调整机构，高度和角度调整机构为齿轮齿条啮合结构或可移动的支架。反射镜的高度按如下原则进行控制：当太阳刚刚升起时，西侧的反射镜升起，东侧的反射镜落下；当太阳西坠时，位于东侧的反射镜升起，西侧的反射镜落下，这样，可以防止反射镜阻挡阳光。进一步的，设置多对预设不同角度的反射镜以覆盖更大的吸热面积，用于提高吸收效率，加强操作的便利性。

本实用新型还包括水预热单元，空气压缩机2设置压缩泵换热器3，压缩泵换热器3设置给水加热管路，给水通过水泵连接给水加热管路，给水加热管路的出口分为两条分支，其中一条分支连接到太阳能高温发电系统的冷凝器7入口，利用乏汽加热给水，提高给水温度减少损，给水与冷凝水一起进入到低温热交换器8的水路入口；另一条分支连接到太阳能低温发电系统的二氧化碳换热器14，二氧化碳换热器设置换热水管，换热水管的出水口连接到燃气发电系统的低温热交换器8的水路入口。

本实用新型夏季时开大燃气轮机的排烟与直燃式溴化锂吸收式制冷系统之间的阀门增大制冷量，减小热水箱及气气换热器支路上的阀门减少供暖量，白天时在满足供热时，把多余的太阳能集热进入储热系统储存起来或者加大太阳能发电。冬季时关小排烟与直燃式溴化锂吸收式制冷系统之间的阀门减小制冷量，加大热水箱及气气换热器支路上的阀门增大供暖量，满足需求。

以上所述，本实施案例较好的结合了燃气发电和太阳能高低温发电的优缺点，根据需求的不同，可以调整热电冷所占的比例，有效的提高了各个部分的效率，优化了能源利用，实现冷热电联产。

Claims (8)

1.一种基于可再生能源的冷热电联供系统，包括燃气发电系统、太阳能高温发电系统，其特征在于：所述燃气发电系统包括燃气轮机(4)、发电机(25)、制冷系统(23)、高温热交换器(5)、低温热交换器(8)、气气换热器(24)、烟气处理装置(19)；燃气轮机(4)内的高温燃气做功，带动发电机(25)发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电；燃气轮机(4)的排气出口连接供冷支路和供热支路，供冷支路上依次设置阀门(20)、制冷系统(23)，之后连通到预设在室内的冷/热气喷口(30)供冷；供热支路上设置高温热交换器(5)，高温热交换器(5)的排气出口设置两条分支，一条分支设置低温热交换器(8)，另一条分支设置阀门(20)、气气换热器(24)，气气换热器(24)与室内空气换热，换热后的室内空气连接到室内的冷/热气喷口(30)供暖，低温热交换器(8)和气气换热器(24)的排气出口连通到烟气处理装置(19)，烟气处理装置(19)内设置回收烟气热量的、用于低温供热水或供暖的加热管；

所述太阳能高温发电系统包括太阳能高温集热器(10)、太阳能高温集热热交换器(11)、热水箱(12)、蒸汽发生器(13)、汽轮机(6)、第一发电机(26)、冷凝器(7)、储水器(9)、水泵(1)；储水器(9)内的水作为循环工质通过水泵(1)输送到太阳能高温集热热交换器(11)，太阳能高温集热器(10)连接太阳能高温集热热交换器(11)加热循环水，太阳能高温集热热交换器(11)的循环水出口通过热水箱(12)连接蒸汽发生器(13)，蒸汽发生器(13)的蒸汽出口连接燃气发电系统的高温热交换器(5)的蒸汽入口，高温热交换器(5)的蒸汽出口连接汽轮机(6)，汽轮机(6)的过热蒸汽做功，带动第一发电机(26)发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电，汽轮机(6)的乏汽出口连接冷凝器(7)的冷凝水入口，冷凝器(7)的冷凝水出口连接燃气发电系统的低温热交换器(8)的水路入口，低温热交换器(8)的水路出口连接储水器(9)。

2.根据权利要求1所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：还包括太阳能低温发电系统，太阳能低温发电系统设置太阳能低温集热器(16)、二氧化碳加热器(17)、膨胀机(18)、第二发电机(27)、二氧化碳换热器(14)、二氧化碳储罐(15)、泵(21)，二氧化碳储罐(15)通过泵(21)连接太阳能低温集热器(16)的介质入口，太阳能低温集热器(16)被加热的二氧化碳通过介质出口连通到二氧化碳加热器(17)的气体入口，二氧化碳加热器(17)设置在燃气发电系统的低温热交换器(8)与烟气处理装置(19)之间，二氧化碳加热器(17)设置与低温热交换器(8)的排气换热的二氧化碳换热管，二氧化碳加热器(17)被加热口的二氧化碳过热蒸汽通过气体出口连接到膨胀机，膨胀机(18)的二氧化碳过热蒸汽做功，带动第二发电机(27)发电提供室内自用电、以及通过变压器供给电网用电，膨胀机(18)的乏汽出口连接二氧化碳换热器(14)，二氧化碳换热器(14)内被冷却的二氧化碳通过气体出口连接到二氧化碳储罐(15)。

3.根据权利要求2所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：还包括水预热单元，燃气轮机(4)的入口设置燃气支路和带空气压缩机(3)的空气支路，空气压缩机(3)设置压缩泵换热器，给水通过水泵(1)连接压缩泵换热器(2)，压缩泵换热器(2)的加热给水分为两条分支，其中一条分支连接到太阳能高温发电系统的冷凝器(7)入口，给水与冷凝器的冷凝水混合后连接到低温热交换器(8)的水路入口；另一条分支连接到太阳能低温发电系统的二氧化碳换热器(14)，二氧化碳换热器(14)设置换热水管，换热水管的出水口连接到燃气发电系统的低温热交换器(8)的水路入口。

4.根据权利要求1或2所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述太阳能高温发电系统的太阳能高温集热器(10)，加热温度为400℃-600℃；太阳能高温集热器(10)设置储热系统(22)，储热系统采用Hitec作为储热介质。

5.根据权利要求1或2所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述太阳能低温集热器利用固定的太阳能装置加热二氧化碳，固定的太阳能装置为平板集热器或真空管集热器，所述真空管集热器为由抛物面结构的聚光镜(32)组成的阵列，沿各聚光镜的聚光焦点轴线上设置真空吸热管(33)，沿聚光镜阵列的东西轴线方向上设置反射镜(34)，反射镜成对设置，位于东侧的反射镜面向西侧，位于西侧的反射镜面向东侧，反射镜设置高度和角度调整机构。

6.根据权利要求5所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：在东侧或西侧的所述反射镜(34)的数量为一个或多个，当设有多个时，各反射镜预设不同的覆盖角度；反射镜的高度和角度调整机构为齿轮齿条啮合机构或可移动支架；成对的反射镜之间间隔4-5个聚光镜。

7.根据权利要求1或2所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述燃气发电系统中的制冷系统(23)为直燃式溴化锂吸收式制冷系统。

8.根据权利要求1或2所述的基于可再生能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述室内的冷/热气喷口(30)采用四角切圆方式工作，室内的四角设置等高度的四个冷/热气喷口(30)，四个冷/热气喷口(30)的出口方向和角度在室内形成一个假想圆(31)的顺向切线，各冷/热气喷口(30)为带有过滤网的圆形喷口、方形喷口或椭圆喷口。