CN210155280U - 一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，包括空气源热泵机组与所述空气源热泵机组相连的高温水箱以及与所述高温水箱连接的发电机组，所述发电机组包括发电机，所述空气源热泵机组包括压缩机，所述发电机与所述压缩机电连接。本实用新型的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统由于对发电机组中的发电机与空气源热泵机组中的压缩机进行了电连接，发电机组中发电机发出的电力直接用于驱动空气源热泵机组中的压缩机，本实用新型的模拟地热发电试验装置能够实现自身所发电力的自循环利用，达到既能利用空气源热泵机组中的压缩机来实时测试地热发电机发电系统的发电功率和发电总量，又能够起到节约电能，降低装置实验成本的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及地热发电技术领域，尤其涉及一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统。
背景技术
地热资源因其储量丰富、环境友好、可再生等优点使其成为有望代替传统化石能源的绿色能源之一。然而地热资源往往位于偏远地区或者城市郊区，开采难度大、周期长，因此将地热资源进行规模化商业开发前，需实地测定并获取用于地热发电的各项参数。然而，对地热发电各项参数实地建立地热发电系统进行测试，不仅费时费力，消耗大量的人力、物力和财力，并且容易受到自然和气候等条件的影响或限制，导致实地测试地热相关参数变得异常困难且显得不切实际。因此，十分有必要建立一套室内地热发电试验装置。
然而在室内利用市电或燃气等将室温水加热到与地热资源相当的温度，需要消耗大量的能源，并且，通过独立外接负载来测试发电系统的发电功率和发电总量，不仅造成输出电能的浪费，也造成模拟地热发电装置测试系统变得更加复杂,现有的地热发电试验装置不具备利用自身电力驱动装置运行的能力，造成了实验成本高昂，间接的限制了地热发电技术的进一步发展。
因此，现有技术还有待于改进。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，旨在解决现有的模拟地热发电试验装置测试中无法实现发电机所发电力的自循环利用，耗能高且需要依赖独立外接负载来测试发电系统的发电功率和发电总量的技术问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，包括空气源热泵机组与所述空气源热泵机组相连的高温水箱以及与所述高温水箱连接的发电机组，所述发电机组包括发电机，所述空气源热泵机组包括压缩机，所述发电机与所述压缩机电连接。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述空气源热泵机组还包括第一冷凝器和第一蒸发器，所述第一冷凝器、压缩机和第一蒸发器依次循环连接。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述第一冷凝器和第一蒸发器之间连接有节流阀。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述高温水箱与所述第一冷凝器相连。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述高温水箱与所述第一冷凝器之间还连接有第一循环泵。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述发电机组还包括第二蒸发器，第二冷凝器和膨胀机，所述第二蒸发器，膨胀机和第二冷凝器依次循环连接。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述第二冷凝器和第二蒸发器之间连接有工质泵。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述发电机与所述膨胀机相连。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述高温水箱与所述第二蒸发器相连。
所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其中，所述高温水箱和第二蒸发器之间连接有第二循环泵。
有益效果：本实用新型提供的一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，包括空气源热泵机组与所述空气源热泵机组相连的高温水箱以及与所述高温水箱连接的发电机组，所述发电机组包括发电机，所述空气源热泵机组包括压缩机，所述发电机与所述压缩机电连接。本实用新型的模拟地热发电装置由于对发电机组中的发电机与空气源热泵机组中的压缩机进行了电连接，发电机组中发电机发出的电力直接用于驱动空气源热泵机组中的压缩机，并通过空气源热泵机组中的压缩机来测量发电机的发电功率和发电总量，本实用新型的模拟地热发电装置能够实现自身内部所发电力的自循环利用，节约了电能，降低了发电系统运行的实验成本，且实现无需依赖独立外接负载即可测试地热发电系统的发电功率和发电总量。
附图说明
图1为本实用新型较佳的一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，本实用新型提供的一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，包括空气源热泵机组10与所述空气源热泵机组相连的高温水箱20以及与所述高温水箱连接的发电机组30，所述发电机组包括发电机40，所述空气源热泵机组包括压缩机50，所述发电机与所述压缩机电连接。
地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能，地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。然而现有技术的模拟地热发电试验装置发出的电能通常是通过外部连接负载的方法进行地热发电机发电性能的测试，地热发电试验装置发出的电能无法实现自身的循环利用，导致了实验成本较高，以及模拟地热发电装置测试系统变得更加复杂，因此，极大的制约了地热发电技术的发展。
为了解决上述技术问题，本实用新型技术方案模拟地热发电装置测试的电力自循环系统中的电力采取自循环方式，首先，利用空气源热泵机组将常温水加热至与地热水相当的温度，然后将热水用于加热蒸发发电机组管道中的有机工质，随后有机工质蒸汽在膨胀机膨胀做功带动发电机发电，最后，将发电机发出的电能用于补充空气源热泵的电能消耗，从而实现所发电力自循环。本实用新型专利提出电力自循环的发电方案，不但节约了电力能源的消耗，还实现了利用空气源热泵机组中的压缩机实时测量地热发电机发电性能的双重目的。
本实用新型技术方案的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统利用了有机朗肯循环(ORC)原理，是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，其工作原理为有机工质在蒸发器中从地热水中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入膨胀机内膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械做工，从膨胀机排出的发电后工质在冷凝器中向冷却液放热，冷凝成液态工质，最后借助工质泵重新回到蒸发器，如此不断地循环下去。
常规的水蒸气朗肯循环中，工质是水蒸气。工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩四个过程，使热能不断转化为机械能。当利用低温有机工质(例如戊烷)作为循环的工质时，主要设备有：蒸发器、汽轮机、冷凝器和循环泵等，本实用新型技术方案的装置测试的电力自循环系统优选的采用有机工质。对于低及中等的焓热，ORC技术与常规的水蒸气朗肯循环相比有很多优点，主要体现在回收显热方面有较高的效率，由于循环中显热/潜热不相等，而ORC技术中此比例大。因此采用ORC技术可回收较多的热量，即本实用新型采用ORC技术发电效率更高。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述空气源热泵机组还包括第一冷凝器60和第一蒸发器70，所述第一冷凝器、压缩机和第一蒸发器依次循环连接。空气源热泵是指能够通过蒸发器把空气中的低温热量吸收进来，经过有机或无机介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过冷凝器转化给室温水加热，压缩后的高温热能以此来加热水温，具有高效节能的特点，制造相同的热水量，节能效率是一般电热水器的4-6倍，其年平均热效比是电加热的4倍，利用能效高。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述第一冷凝器和第一蒸发器之间还连接有节流阀80。节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门，在一种方案中，本实用新型中的节流阀可以和单向阀串联组合成单向节流阀，从而控制工质在管道内的实现单向流动；在另一种方案中本实用新型的节流阀还可以和溢流阀配合组成节流调速系统，从而精准的控制管道内部工质在管道内流量的大小。
在一种优选的实施方式中，所述高温水箱与所述第一冷凝器相连。本实用新型的空气源热泵机组具体工作时，首先利用市电启动空气源热泵中的压缩机，空气源热泵管道中的有机工质经过第一蒸发器蒸发为气态，之后气态的有机工质经过冷凝器冷凝后变为液态，放热对高温水箱中的水进行加热，此后液态的有机工质再经过蒸发器进行蒸发并依次循环上述步骤直到高温水箱中的水达到预定的温度，本实用新型中的高温指的是温度90-100℃范围。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述高温水箱与所述第一冷凝器之间连接有第一循环泵90。为了使高温水箱中水的温度传导的更加快速和均匀，在冷凝器对水箱中的水进行加热的同时，设置第一循环泵来加速水箱中水的流通，优选的本实用新型技术方案中的第一循环泵为正反转循环泵，通过定期的正反转来使得温度扩散的更加均匀，使用单向循环泵，水流单向流动容易导致冷凝器前一侧的管道内的水流的温度较冷凝器后一侧管道内的水流的温度高的多，而使用正反转循环泵能够很好的平衡水流单向流动所带来管道两侧的温度不均匀。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述发电机组还包括第二蒸发器100，第二冷凝器110和膨胀机120，所述第二蒸发器，第二冷凝器和膨胀机依次循环连接。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述第二冷凝器和第二蒸发器之间连接有工质泵130。为了便于有机工质在发电机组的连接管道内流动，在第二冷凝器和第二蒸发器之间还设置有工质泵，优选的，所述工质泵为单向泵，从而驱动有机工质单向流动。
在一种优选的实施方式中，本实用新型技术方案中的发电机和膨胀机组成的发电机组可以由一种小型的发电机来替代，具体的该小型地热发电机包括定子，定子由圆筒状的转子一端插入，转子的另一端端面上固定有转杆，转杆上安装有转盘，在转盘的圆周上等距离的焊接叶片，转盘通过键连接的方式安装在转杆上，叶片的的横截面为圆弧形，叶片与转盘圆周所成的角度为60-90°。该种地热发电机结构的特点是能够实现小型化，灵活分布，实现了汽轮机功能和发电机功能合二为一，便于在实验室有限的空间内安装，还能够有效的提升发电效率。
在一种优选的实施方式中，所述高温水箱与所述第二蒸发器相连。高温水箱内的热水对第二蒸发器内的有机工质进行加热，使得液态的有机工质蒸发为气态，体积变大，压力增高，从而推动膨胀机转动做功驱动发电机发电。
参见图1，在一种优选的实施方式中，所述高温水箱和第二蒸发器之间连接有第二循环泵130。为了使得高温水箱与第二蒸发器之间的热交换更加的迅速，在高温水箱与第二蒸发器的连接管道上设置第二循环泵，第二循环泵能够促进高温水箱与第二蒸发器管道内的水快速流动，并且，优选的，本实用新型技术方案中的第二循环泵为正反转循环泵，能够定时正反转，来使得高温水箱与管道内的水的温度更加均匀，间接地提高了发电机的发电效率。
本实用新型的发电机组具体工作时，由于高温水箱中的水达到了预定的温度，此时高温水箱中的热水对发电机组中第二蒸发器内的有机工质进行加热，有机工质蒸发为气态，之后高温水箱中的水温度降低，气态的有机工质经过膨胀机，对膨胀机进行作功，驱动膨胀机转动，膨胀机带动发电机进行发电，发电机发出的电力又输送给空气源热泵机组中的压缩机，空气源热泵机组利用冷凝器对高温水箱中的水进行再次加热，实现了模拟地热发电试验装置所发电力的自循环利用，降低了电力消耗，实验成本低，与此同时，根据空气源热泵机组的额定功率与市电输入量之间的关系可计算出模拟地热发电试验装置的发电功率和发电量。
本实用新型的一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，主要包括空气源热泵机组、高温水箱和发电机组，其中空气源热泵机组包括第一冷凝器、节流阀、第一蒸发器和压缩机，发电机组（以ORC为例）包括第二蒸发器、膨胀机、发电机和第二冷凝器。本实用新型的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统启动阶段，只需要打开空气源热泵，利用空气源热泵将室温水加热到地热发电所需温度，并将热水储存在高温水箱中。待高温水箱中热水温度稳定后，高温水箱向被测发电机组供应热水，发电机组利用热水中的热能发电，高温热水发完电后流回至高温水箱循环利用。发电机组的形式不一，以有机朗肯循环法地热水发电机组为例，有机工质在蒸发器中吸收地热水中的热量而蒸发，随后有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电。电力循环方面，发电机发电后，将产生的电能直接输送至空气源热泵，优先于市电给空气源热泵供电。需要说明的是，发电机产生的电能用于空气源热泵供电后，使空气源热泵对市电供电的需求减小，此时，空气源热泵的变频耗电系统会根据高温水箱供水温度自动调节市电输入空气源热泵的电量来将高温水箱中的温度维持在测试所需温度。本实用新型将实验室模拟地热发电装置中所发电能用于空气源热泵使用，实现发电装置部分电力的自循环，达到既能利用空气源热泵机组中的压缩机来实时测试地热发电机发电的性能参数，又能够起到节约电力能耗的作用。
进一步需要说明的是本实用新型技术方案中高温水箱的加热方式除了采用空气源热泵外，还可以采用其他一切利用电能的加热手段；被测发电系统除了有机朗肯循环法地热发电组件外，还可以是其他多种利用热能的发电组件。
综上所述，本实用新型提供的一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，包括空气源热泵机组与所述空气源热泵机组相连的高温水箱以及与所述高温水箱连接的发电机组，所述发电机组包括发电机，所述空气源热泵机组包括压缩机，所述发电机与所述压缩机电连接。本实用新型的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统由于对发电机组中的发电机与空气源热泵机组中的压缩机进行了电连接，发电机组中发电机发出的电力能够用于驱动空气源热泵机组中的压缩机，本实用新型的模拟地热发电试验装置能够实现自身所发电力的自循环利用，达到既能利用空气源热泵机组中的压缩机来实时测试地热发电机发电的性能参数，又能够起到节约电能，降低装置的实验成本的作用。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，包括空气源热泵机组与所述空气源热泵机组相连的高温水箱以及与所述高温水箱连接的发电机组，所述发电机组包括发电机，所述空气源热泵机组包括压缩机，所述发电机与所述压缩机电连接。
2.根据权利要求1所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述空气源热泵机组还包括第一冷凝器和第一蒸发器，所述第一冷凝器、压缩机和第一蒸发器依次循环连接。
3.根据权利要求2所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述第一冷凝器和第一蒸发器之间连接有节流阀。
4.根据权利要求3所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述高温水箱与所述第一冷凝器相连。
5.根据权利要求4所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述高温水箱与所述第一冷凝器之间连接有第一循环泵。
6.根据权利要求1所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述发电机组还包括第二蒸发器，第二冷凝器和膨胀机，所述第二蒸发器，第二冷凝器和膨胀机依次循环连接。
7.根据权利要求6所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述第二冷凝器和第二蒸发器之间还连接有工质泵。
8.根据权利要求6所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述发电机与所述膨胀机相连。
9.根据权利要求6所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述高温水箱与所述第二蒸发器相连。
10.根据权利要求9所述的模拟地热发电装置测试的电力自循环系统，其特征在于，所述高温水箱和第二蒸发器之间连接有第二循环泵。
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| CN201920807376.1U CN210155280U (zh) | 2019-05-31 | 2019-05-31 | 一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统 |
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Cited By (2)
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| CN110187272A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-30 | 深圳大学 | 一种模拟地热发电装置测试的电力自循环系统 |
| CN113466691A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-01 | 哈尔滨工程大学 | 一种两阶段压缩膨胀发电机发电效率的预测方法 |
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