一種發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)，尤其是涉及利用不穩(wěn)定熱源例如地?zé)峄蛘哂酂嶙鳛楣醽碓吹陌l(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源日益枯竭、地球環(huán)境不斷惡化，能源安全越來越受到人們的重視。能源的利用關(guān)系到一個國家的經(jīng)濟命脈與社會安全，早已上升為國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略.世界各國都非常重視能源的有效利用，我國能源利用率僅為33%左右，比發(fā)達(dá)國家低約10%。
[0003]我國能源利用率低的一個重要原因是能源沒有達(dá)到梯級利用，大量的中低溫能源沒有得到充分利用，因此提高中低溫能源的利用是提高能源利用效率的關(guān)鍵措施。中低溫?zé)嵩粗饕▋纱蟛糠?第一是工業(yè)生產(chǎn)中排放的余熱，比如冶金、化工、建材、機械、電力等行業(yè)中的各種冶煉爐、加熱爐、內(nèi)燃機和鍋爐的排氣排煙，由于我國工業(yè)能耗約占全國總能耗的三分之二，而50%以上以中低溫廢熱的形式排放掉，因此回收利用這部分熱量具有巨大的節(jié)能潛力；第二部分是太陽能、地?zé)岬戎械蜏乜稍偕茉?，隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可再生能源所占的比例將會越來越大。加強對這些中低溫?zé)嵩吹睦?，將減少對化石能源的消耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
[0004]利用中低溫?zé)崮馨l(fā)電的技術(shù)主要是基于朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)。雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是一種主要的中低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電技術(shù)的特點是熱水與發(fā)電系統(tǒng)不直接接觸，采用一種低沸點的介質(zhì)，如正丁烷、異丁烷、氯乙烷、氨和二氧化碳等作為循環(huán)工質(zhì)將熱水的熱量傳給某種低沸點介質(zhì)，由低沸點介質(zhì)推動汽輪機來發(fā)電。
[0005]在雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電中，熱水僅作為熱源使用，本身并不直接參與到熱力循環(huán)中去。首先，來自中低溫?zé)嵩吹臒崴鬟^表面式蒸發(fā)器.以加熱蒸發(fā)器中的低沸點介質(zhì)。低沸點介質(zhì)在蒸發(fā)器中吸熱，變?yōu)榫哂幸欢▔毫Φ恼羝?，推動汽輪機并帶動發(fā)電機發(fā)電。從汽輪機排出的氣體，在冷凝器中凝結(jié)成液體，用栗將液體送入換熱器，重新吸熱蒸發(fā)變成氣體，如此周而復(fù)始，熱水的熱量不斷地傳給低沸點介質(zhì)進(jìn)行連續(xù)發(fā)電。
[0006]采用地?zé)峄蛘哂酂嶙鳛橹械蜏責(zé)嵩吹陌l(fā)電系統(tǒng)的缺點在于熱源的不穩(wěn)定性，由于熱源的不穩(wěn)定，需要對發(fā)電裝置做出特定的設(shè)計，例如采用多個發(fā)電循環(huán)，使其能夠適應(yīng)大幅變化的熱源熱量。CN102691541B的發(fā)明專利，提出了一種具有多個發(fā)電循環(huán)，在其中一個發(fā)電循環(huán)上設(shè)置加熱介質(zhì)截斷閥以及冷卻介質(zhì)截斷閥，從而能夠進(jìn)行根據(jù)熱源的變動而將熱量恰當(dāng)?shù)胤峙渲炼鄠€熱循環(huán)的發(fā)電。但是，對于特定的發(fā)電循環(huán)，將其啟動或者停止需要一定的時間，并且頻繁啟動和停止發(fā)電循環(huán)回影響其工作效率和系統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種優(yōu)化的發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，在熱源熱量變動的情況下，能夠減小CN102691541B發(fā)明的技術(shù)方案中特定發(fā)電循環(huán)的開關(guān)頻率，從而提高系統(tǒng)性能。
[0008]作為本發(fā)明的一個方面，提供一種發(fā)電系統(tǒng)，包括第一發(fā)電循環(huán)、第二發(fā)電循環(huán)以及控制器；所述第一發(fā)電循環(huán)、第二發(fā)電循環(huán)使用并聯(lián)的加熱介質(zhì)供給管路、加熱介質(zhì)輸出管路、冷卻介質(zhì)供給管路以及冷卻介質(zhì)輸出管路；所述控制器用于根據(jù)加熱介質(zhì)以及第一發(fā)電循環(huán)和第二發(fā)電循環(huán)的工作狀態(tài)，控制所述第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)的運行，所述第一發(fā)電循環(huán)為主發(fā)電系統(tǒng)，其具有高壓渦輪機以及中壓渦輪機；第二發(fā)電循環(huán)為從發(fā)電系統(tǒng)，其具有高壓渦輪機；所述控制器根據(jù)加熱介質(zhì)以及第一發(fā)電循環(huán)和第二發(fā)電循環(huán)的工作狀態(tài)，控制所述第一發(fā)電循環(huán)中高壓渦輪機以及中壓渦輪機中的至少一個啟動，并且控制所述第二發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機啟動或者關(guān)閉。
[0009]優(yōu)選的，所述加熱介質(zhì)供給管路將加熱介質(zhì)從干路分別通過支路輸送到第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)的蒸發(fā)器，從而加熱第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)中的工作介質(zhì)，所述工作介質(zhì)驅(qū)動第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)的渦輪機運動，從而驅(qū)動第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)的發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電；從第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)輸出的加熱介質(zhì)，匯合到加熱介質(zhì)輸出管路的干路排出。
[0010]優(yōu)選的，所述冷卻介質(zhì)供給管路將冷卻介質(zhì)從干路分別通過支路輸送到第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)的冷凝器，冷卻從第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)渦輪機排出的工作介質(zhì)；從第一發(fā)電環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)輸出的冷卻介質(zhì)，匯合到冷卻介質(zhì)輸出管路的干路排出。
[0011]優(yōu)選的，所述第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機以及中壓渦輪機通過轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機耦合，從而驅(qū)動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。
[0012]優(yōu)選的，所述第一發(fā)電循環(huán)蒸發(fā)器工作介質(zhì)的出口管路分為兩路，其中一路通過第一閥門與所述高壓渦輪機的工作介質(zhì)入口相通，另外一路通過第二閥門與所述中壓渦輪機的工作介質(zhì)入口相通；所述高壓渦輪機的工作介質(zhì)出口管路分為兩路，其中一路通過第三閥門與所述中壓渦輪機的工作介質(zhì)入口相通，另外一路通過第四閥門與冷凝器的入口相通；所述中壓渦輪機的工作介質(zhì)出口與所述冷凝器的入口相通。
[0013]優(yōu)選的，所述第二發(fā)電循環(huán)的加熱介質(zhì)入口管路設(shè)置加熱介質(zhì)截斷閥，冷卻介質(zhì)入口管路設(shè)置冷卻介質(zhì)截斷閥，所述控制器根據(jù)加熱介質(zhì)以及第一發(fā)電循環(huán)和第二發(fā)電循環(huán)的工作狀態(tài)控制所述第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、加熱介質(zhì)截斷閥以及冷卻介質(zhì)截斷閥的開關(guān)。
[0014]優(yōu)選的，所述第一發(fā)電循環(huán)以及第二發(fā)電循環(huán)具有檢測各自發(fā)電機的發(fā)電量的電力檢測器，所述第一發(fā)電循環(huán)在其蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)的入口和出口設(shè)置加熱介質(zhì)供給溫度檢測器和加熱介質(zhì)排出溫度檢測器。
[0015]優(yōu)選的，當(dāng)供給加熱介質(zhì)的溫度從低向高增加，所述控制器依次啟動所述第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機、所述第一發(fā)電循環(huán)的中壓渦輪機以及所述第二發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機。
[0016]優(yōu)選的，當(dāng)供給加熱介質(zhì)的溫度從高向低，所述控制器依次關(guān)閉第一發(fā)電循環(huán)的中壓渦輪機、第二發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機；然后，啟動第一發(fā)電循環(huán)的中壓渦輪機，關(guān)閉第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機。
[0017]作為本發(fā)明的另外一個方面，提供上述發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其中，當(dāng)供給加熱介質(zhì)的溫度從低向高增加時，渦輪機的控制步驟包括:1)啟動高壓渦輪機；
2)比較加熱介質(zhì)供給溫度檢測器的檢測值與加熱介質(zhì)排出溫度檢測器的檢測值的差值Λ Th與溫度差閾值Sth的大小，如果Λ Th〈=Sth，進(jìn)入步驟21 ;如果Λ Th>Sth，進(jìn)入步驟22 ；
21)比較第一發(fā)電循環(huán)發(fā)電機輸出功率Wl與Spl的大小，其中Spl為第一發(fā)電循環(huán)高壓渦輪機對應(yīng)的優(yōu)化功率閾值，如果Wl>=Spl，進(jìn)入步驟2);如果Wl〈Spl，進(jìn)入步驟211)；
211)關(guān)閉第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機，啟動第一發(fā)電循環(huán)的中壓渦輪機，進(jìn)入步驟212)；
212)比較加熱介質(zhì)供給溫度檢測器的檢測值與加熱介質(zhì)排出溫度檢測器的檢測值的差值Λ Th與溫度差閾值Sth的大小，當(dāng)Λ Th>Sth時，進(jìn)入步驟213)；
213)啟動第二發(fā)電循環(huán)，進(jìn)入步驟214);
214)比較加熱介質(zhì)供給溫度檢測器的檢測值與加熱介質(zhì)排出溫度檢測器的檢測值的差值Λ Th與溫度差閾值Sth的大小，當(dāng)Λ Th>Sth時，進(jìn)入步驟215)；
215)啟動第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機；
22)啟動中壓渦輪機，進(jìn)入步驟221)；
221)比較加熱介質(zhì)供給溫度檢測器的檢測值與加熱介質(zhì)排出溫度檢測器的檢測值的差值Λ Th與溫度差閾值Sth的大小，當(dāng)Λ Th>Sth時，進(jìn)入步驟222)；
222)啟動第二發(fā)電循環(huán)。
[0018]優(yōu)選的，當(dāng)?shù)谝话l(fā)電循環(huán)和第二發(fā)電循環(huán)的渦輪機都處于啟動，并且供給加熱介質(zhì)的溫度從高向低降低時，控制步驟包括:
a)比較第一發(fā)電循環(huán)發(fā)電機輸出功率Wl以及第二發(fā)電循環(huán)發(fā)電機輸出功率W2之和W1+W2與Spl+Sp2+Sp3的大小，其中Sp2為第一發(fā)電循環(huán)中壓渦輪機對應(yīng)的優(yōu)化功率閾值，Sp3為第二發(fā)電循環(huán)高壓渦輪機對應(yīng)的優(yōu)化功率閾值；如果Wl+W2〈Spl+Sp2+Sp3，則進(jìn)入步驟b);
b)關(guān)閉中壓渦輪機，進(jìn)入步驟c);
c)比較W1+W2與Spl+Sp3的大小，如果Wl+ W2< Spl+Sp3，進(jìn)入步驟d)；
d)關(guān)閉第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機，開啟中壓渦輪機；進(jìn)入步驟e)
e)比較W1+W2與Spl的大小，如果Wl+W2<=Sp2,進(jìn)入步驟f);如果Sp2〈Wl+W2〈Spl;進(jìn)入步驟h ；
f)關(guān)閉第二發(fā)電循環(huán)；
h)關(guān)閉第二發(fā)電循環(huán)以及中壓渦輪機，開啟第一發(fā)電循環(huán)的高壓渦輪機。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的發(fā)電系統(tǒng)的部分控制流程圖。
[0021]圖3是本發(fā)明實施例的發(fā)電系統(tǒng)的另一部分控制流程圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的下述實施例，跟它們的優(yōu)點和特征一起在此公開，將通過參考下列說明和附圖變得明顯。而且，應(yīng)當(dāng)理解，在此描述的各種各樣的實施例的特征不互斥，并且能在各種各樣的組合和換變過程中存在。
[0023]參見圖1，本發(fā)明的實施例的發(fā)電系統(tǒng)，包括第一發(fā)電循環(huán)la、第二發(fā)電循環(huán)Ib以及控制器9。第一發(fā)電循環(huán)Ia和第二發(fā)電循環(huán)Ib分別都包括，蒸發(fā)器2、高壓渦輪機3、冷凝器4、驅(qū)動栗5、發(fā)電機7以及電力檢測器8。
[0024]來自中低溫?zé)嵩吹募訜峤橘|(zhì)(例如水蒸氣等)通過加熱介質(zhì)供給管路將加熱介質(zhì)從干路10分別通過支路12輸送到第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib的蒸發(fā)器2中，從而加熱第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib中的工作介質(zhì)(例如正丁烷、異丁烷、氨等)，該工作介質(zhì)驅(qū)動第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib的渦輪機運動，從而驅(qū)動第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib的發(fā)電機7進(jìn)行發(fā)電。從第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib輸出的加熱介質(zhì)，分別通過輸出管路13匯合到加熱介質(zhì)輸出管路干路11而排出。
[0025]冷卻介質(zhì)供給管路將冷卻介質(zhì)(例如冷卻水)從干路14分別通過支路16輸送到第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib的冷凝器4，用于冷卻從第一發(fā)電循環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib渦輪機排出的工作介質(zhì)。從第一發(fā)電環(huán)Ia以及第二發(fā)電循環(huán)Ib輸出的冷卻介質(zhì)，分別通過支路17匯合到冷卻介質(zhì)輸出管路的干路15而排出。
[0026]其中，第一發(fā)電循環(huán)Ia還設(shè)置有中壓渦輪機31。高壓渦輪機3以及中壓渦輪機31通過轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機7耦合，從而驅(qū)動發(fā)電機7進(jìn)行發(fā)電。第一發(fā)電循環(huán)Ia設(shè)置為，蒸發(fā)器2工作介質(zhì)的出口管路分為兩路，其中一路通過第一閥門21與高壓渦輪機3的工作介質(zhì)入口相通，另外一路通過第二閥門22