互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法，太陽能集熱器的出口及鍋爐的出口均與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質出口與太陽能集熱器的入口及鍋爐的入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通。本發(fā)明所述的能夠實現(xiàn)季節(jié)性及連續(xù)陰雨天的大容量熱能調(diào)節(jié)。
【專利說明】
互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法，具體涉及一種互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，但太陽能不僅存在著日輻射量周期性變化，還存在輻射量季節(jié)性變化，同時隨時會受到陰雨等天氣因素的影響。目前理論上可以采用較為廉價的蓄熱儲能來解決太陽能晝夜分布不均的問題，這也是太陽能光熱發(fā)電的重要優(yōu)勢之一，但熱力循環(huán)希望通過提高循環(huán)最高溫度來提高熱效率，而隨著最高溫度的提高蓄熱溫度也不斷提高，這給蓄熱材料、蓄熱系統(tǒng)容器、保溫措施等都帶來了更大的困難。若能夠在保持熱力循環(huán)較高溫度的同時，降低蓄熱溫度則可以降低系統(tǒng)設計和運行的難度。
[0003]另外面對連續(xù)陰雨天氣以及太陽輻射季節(jié)性變化時，蓄熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力有限，將難以滿足供熱要求。而化石能源完全可以補充連續(xù)無陽光時的熱量空白，也可補充由季節(jié)變化引起的太陽能輻射長期不足，同時化石能源提供的熱量容易控制，當太陽輻射熱量發(fā)生不穩(wěn)定的波動時，化石能源提供的熱量可以作為有效的熱量調(diào)控手段，使發(fā)電系統(tǒng)可以真正實現(xiàn)長期穩(wěn)定的運轉。
[0004]可作為補充太陽光照不足或連續(xù)無太陽光照的化石能源包括煤、天然氣、油等多種化石能源。以這類化石能源為燃料的鍋爐及發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，例如目前常見的火電站鍋爐等，這類系統(tǒng)可達到靈活調(diào)控以及長期平穩(wěn)運行，同時容易實現(xiàn)補充熱量的調(diào)節(jié)，正好可以彌補太陽能輻射熱量不穩(wěn)定的缺陷。
[0005]光熱發(fā)電需要通過熱力循環(huán)實現(xiàn)熱電轉換，目前在眾多熱力循環(huán)當中，超臨界布雷頓循環(huán)是一種最有優(yōu)勢的循環(huán)形式。新型二氧化碳超臨界工質具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡單等先天優(yōu)勢，可以大幅提高熱功轉換效率，減小設備體積，具有很高的經(jīng)濟性，是替代現(xiàn)有水蒸氣熱力循環(huán)系統(tǒng)的最佳選擇，也是未來熱電系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
[0006]然而只采用蓄熱等儲能方式實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)無法實現(xiàn)季節(jié)性以及連續(xù)陰雨天等大容量熱能的調(diào)節(jié)，而只能在小范圍內(nèi)實現(xiàn)晝夜能量的調(diào)節(jié)，僅以太陽能作為低溫預熱部分輔助熱源的發(fā)電系統(tǒng)并未充分實現(xiàn)太陽能高品位能源的價值，且消耗的化石能源比例較大，未采用蓄熱而只采用化石能源補充的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，同樣存在著化石能源消耗比例過大的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠實現(xiàn)季節(jié)性及連續(xù)陰雨天的大容量熱能調(diào)節(jié)，并且化石能源消耗比例較小。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能集熱器、鍋爐、二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)、中低溫蓄熱系統(tǒng)及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)；
[0009]太陽能集熱器的出口及鍋爐的出口均與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質出口與太陽能集熱器的入口及鍋爐的入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通；
[0010]中低溫蓄熱系統(tǒng)的高溫端與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口相連通。
[0011]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括二氧化碳透平、二氧化碳回熱器、預冷器及壓縮機，太陽能集熱器的出口及鍋爐的出口與二氧化碳透平的入口相連通，二氧化碳透平的出口與二氧化碳回熱器的放熱側入口相連通，二氧化碳回熱器的放熱側出口與預冷器的放熱側入口相連通，預冷器的放熱側出口與壓縮機的入口相連通，壓縮機的出口與二氧化碳回熱器的吸熱側入口相連通，二氧化碳回熱器的吸熱側出口與太陽能集熱器的入口和鍋爐的入口相連通；
[0012]預冷器的吸熱側出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與預冷器的吸熱側入口相連通。
[0013]所述中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器、有機工質透平、有機工質回熱器及冷凝器，加熱器的工質側出口與有機工質透平的入口相連通，有機工質透平的出口與有機工質回熱器的放熱側入口相連通，有機工質回熱器的放熱側出口與冷凝器的工質側入口相連通，冷凝器的工質側出口與有機工質回熱器的吸熱側入口相連通，有機工質回熱器的吸熱側出口與加熱器的工質側入口相連通；
[0014]加熱器的導熱油側入口與二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口及中低溫蓄熱系統(tǒng)的高溫端相連通，加熱器的導熱油側出口與二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口及中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端相連通。
[0015]冷凝器的工質側出口與有機工質回熱器的吸熱側入口通過有機工質栗相連通。
[0016]中低溫蓄熱系統(tǒng)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口通過管道并管后通過導熱油栗與二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通。
[0017]本發(fā)明所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電方法包括以下步驟:
[0018]當太陽能集熱器收集的熱量能夠滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行時，則關閉鍋爐，閉合鍋爐的入口及出口，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質;加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱；
[0019]當夜間太陽能集熱器不收集熱量時，并且中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中儲存有蓄積的熱量時，則斷開太陽能集熱器，斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，開啟鍋爐，鍋爐根據(jù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行要求燃燒化石能源，鍋爐輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時中低溫蓄熱系統(tǒng)輸出的導熱油與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油匯流后進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱。
[0020]當太陽能集熱器能夠收集熱量，但收集的熱量不能滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則使鍋爐正常工作，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器輸出的高溫超臨界二氧化碳工質與鍋爐輸出的高溫超臨界二氧化碳工質匯流后進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器及鍋爐中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱。
[0021]當在白天太陽能集熱器不收集熱量時，則斷開太陽能集熱器及中低溫蓄熱系統(tǒng)，則白天和夜晚都開啟鍋爐，鍋爐輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱。
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]本發(fā)明所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及方法在工作時，能夠通過太陽能集熱器、鍋爐聯(lián)合或單獨為二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)提供高溫超臨界二氧化碳工質，太陽輻射充足時，即太陽能集熱器收集的熱量能夠滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則關閉鍋爐，僅通過太陽能集熱器提供熱量，同時將多余的熱量存儲到中低溫蓄熱系統(tǒng)中；在晚上，太陽能集熱器不收集熱量時，并且中低溫蓄熱系統(tǒng)中儲存有蓄積的熱量時，則通過鍋爐及中低溫蓄熱系統(tǒng)共同提供熱量，在白天，當太陽能集熱器收集的熱量不能滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的正常工作及蓄熱熱量時，則通過鍋爐及太陽能集熱器共同提供熱量，從而實現(xiàn)季節(jié)性及連陰雨天大容量熱能的調(diào)節(jié)，可靠性較高，同時有效的降低化石能源的消耗比例，提供太陽能的利用效率。另外，與普通水蒸汽熱力循環(huán)發(fā)電裝置相比，本發(fā)明采用超臨界二氧化碳為工質，從而使系統(tǒng)的體積更小、更緊湊、熱效率更高，理論上在600°C時的超臨界二氧化碳工質即可達到700°C時水蒸汽熱力循環(huán)的效率。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0025]其中，I為太陽能集熱器、2為鍋爐、3為二氧化碳透平、4為二氧化碳回熱器、5為預冷器、6為壓縮機、7為中低溫蓄熱系統(tǒng)、8為導熱油栗、9為加熱器、10為有機工質透平、11為有機工質回熱器、12為冷凝器、13為有機工質栗。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0027]參考圖1，本發(fā)明所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能集熱器1、鍋爐2、二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)、中低溫蓄熱系統(tǒng)及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng);太陽能集熱器I的出口及鍋爐2的出口均與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質出口與太陽能集熱器I的入口及鍋爐2的入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)7的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)7的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通。
[0028]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括二氧化碳透平3、二氧化碳回熱器4、預冷器5及壓縮機6，太陽能集熱器I的出口及鍋爐2的出口與二氧化碳透平3的入口相連通，二氧化碳透平3的出口與二氧化碳回熱器4的放熱側入口相連通，二氧化碳回熱器4的放熱側出口與預冷器5的放熱側入口相連通，預冷器5的放熱側出口與壓縮機6的入口相連通，壓縮機6的出口與二氧化碳回熱器4的吸熱側入口相連通，二氧化碳回熱器4的吸熱側出口與太陽能集熱器I的入口和鍋爐2的入口相連通;預冷器5的吸熱側出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)7的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)7的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與預冷器5的吸熱側入口相連通。
[0029]所述中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器9、有機工質透平10、有機工質回熱器11及冷凝器12，加熱器9的工質側出口與有機工質透平10的入口相連通，有機工質透平10的出口與有機工質回熱器11的放熱側入口相連通，有機工質回熱器11的放熱側出口與冷凝器12的工質側入口相連通，冷凝器12的工質側出口與有機工質回熱器11的吸熱側入口相連通，有機工質回熱器11的吸熱側出口與加熱器9的工質側入口相連通;加熱器9的導熱油側入口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口及中低溫蓄熱系統(tǒng)7的高溫端相連通，加熱器9的導熱油側出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口及中低溫蓄熱系統(tǒng)7的低溫端相連通。
[0030]另外，冷凝器12的工質側出口與有機工質回熱器11的吸熱側入口通過有機工質栗13相連通；中低溫蓄熱系統(tǒng)7的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口通過管道并管后通過導熱油栗8與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通。
[0031 ]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的工作過程為:
[0032]高溫超臨界二氧化碳工質進入二氧化碳透平3做功，將熱能轉化為電能后轉換為低壓超臨界二氧化碳工質，低壓超臨界二氧化碳工質進入二氧化碳回熱器4的放熱側后放熱，然后進入到預冷器5被冷卻，被冷卻的超臨界二氧化碳工質進入壓縮機6中增壓，增壓后的超臨界二氧化碳工質進入二氧化碳回熱器4的吸熱側吸熱，吸收余熱后的超臨界二氧化碳工質再次進入太陽能集熱器I及鍋爐2中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質。
[0033]中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的工作過程為:
[0034]導熱油進入到加熱器9的放熱側放熱后直接輸出，有機工質在加熱器9的吸熱側吸收熱量后進入到有機工質透平10中做功放熱，放熱后的有機工質經(jīng)有機工質回熱器11的放熱側后進入到冷凝器12的工質側冷凝為液態(tài)，液體的有機工質經(jīng)有機工質栗13增壓后進入到有機工質回熱器11的吸熱側吸熱，然后再進入到加熱器9的吸熱側吸收熱量，完成循環(huán)過程。
[0035]本發(fā)明所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電方法包括以下步驟:
[0036]當太陽能集熱器I收集的熱量能夠滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則關閉鍋爐2，閉合鍋爐2的入口及出口，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)7與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器I輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器I中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)7中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)7中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱；
[0037]當夜間太陽能集熱器I不收集熱量時，并且中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中儲存有蓄積的熱量時，則斷開太陽能集熱器I，斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)7與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，開啟鍋爐2，鍋爐2根據(jù)二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行要求燃燒化石能源，鍋爐2輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐2中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時中低溫蓄熱系統(tǒng)7輸出的導熱油與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油匯流后進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)7及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱；
[0038]當太陽能集熱器I能夠收集熱量，但收集的熱量不能滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則使鍋爐2正常工作，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)7與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器I輸出的高溫超臨界二氧化碳工質與鍋爐2輸出的高溫超臨界二氧化碳工質匯流后進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器I及鍋爐2中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)7中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)7中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱。
[0039]當在白天太陽能集熱器I也不收集熱量時，則斷開太陽能集熱器I及中低溫蓄熱系統(tǒng)7，則白天和夜晚都開啟鍋爐2，鍋爐2輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐2中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱。
[0040]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能集熱器(1)、鍋爐(2)、超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)、中低溫蓄熱系統(tǒng)及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)； 太陽能集熱器(I)的出口及鍋爐(2)的出口均與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的超臨界二氧化碳工質出口與太陽能集熱器(I)的入口及鍋爐(2)的入口相連通，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通； 中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的高溫端與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的低溫端與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口相連通。2.根據(jù)權利要求1所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括二氧化碳透平(3)、二氧化碳回熱器(4)、預冷器(5)及壓縮機(6)，太陽能集熱器(I)的出口及鍋爐(2)的出口與二氧化碳透平(3)的入口相連通，二氧化碳透平(3)的出口與二氧化碳回熱器(4)的放熱側入口相連通，二氧化碳回熱器(4)的放熱側出口與預冷器(5)的放熱側入口相連通，預冷器(5)的放熱側出口與壓縮機(6)的入口相連通，壓縮機(6)的出口與二氧化碳回熱器(4)的吸熱側入口相連通，二氧化碳回熱器(4)的吸熱側出口與太陽能集熱器(I)的入口和鍋爐(2)的入口相連通； 預冷器(5)的吸熱側出口與中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的高溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通，中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口與預冷器(5)的吸熱側入口相連通。3.根據(jù)權利要求1所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器(9)、有機工質透平(10)、有機工質回熱器(11)及冷凝器(I 2 )，加熱器(9)的工質側出口與有機工質透平(1)的入口相連通，有機工質透平(10)的出口與有機工質回熱器(11)的放熱側入口相連通，有機工質回熱器(11)的放熱側出口與冷凝器(12)的工質側入口相連通，冷凝器(12)的工質側出口與有機工質回熱器(11)的吸熱側入口相連通，有機工質回熱器(II)的吸熱側出口與加熱器(9)的工質側入口相連通； 加熱器(9)的導熱油側入口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口及中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的高溫端相連通，加熱器(9)的導熱油側出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口及中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的低溫端相連通。4.根據(jù)權利要求1所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，冷凝器(12)的工質側出口與有機工質回熱器(11)的吸熱側入口通過有機工質栗(13)相連通。5.根據(jù)權利要求1所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)的低溫端及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的導熱油出口通過管道并管后通過導熱油栗(8)與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的導熱油入口相連通。6.—種互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電方法，其特征在于，基于權利要求I所述的互補型的超臨界二氧化碳和有機朗肯聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括以下步驟: 當太陽能集熱器(I)收集的熱量能夠滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則關閉鍋爐(2)，閉合鍋爐(2)的入口及出口，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器(I)輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器(I)中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱； 當夜間太陽能集熱器(I)不收集熱量時，并且中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中儲存有蓄積的熱量時，則斷開太陽能集熱器(I)，斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)與二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，開啟鍋爐(2)，鍋爐(2)根據(jù)二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行要求燃燒化石能源，鍋爐(2)輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐(2)中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)輸出的導熱油與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油匯流后進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱； 當太陽能集熱器(I)能夠收集熱量，但收集的熱量不能滿足中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的最低負荷運行及蓄熱熱量時，則使鍋爐(2)正常工作，同時斷開中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)與中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，太陽能集熱器(I)輸出的高溫超臨界二氧化碳工質與鍋爐(2)輸出的高溫超臨界二氧化碳工質匯流后進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱形成超臨界二氧化碳工質，同時通過熱交換對導熱油進行加熱，超臨界二氧化碳工質進入到太陽能集熱器(I)及鍋爐(2)中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；加熱后的導熱油分別進入到中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中及中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，導熱油在中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)中放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱，導熱油在中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)放熱后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中換熱； 當在白天太陽能集熱器(I)不收集熱量時，則斷開太陽能集熱器(I)及中低溫蓄熱系統(tǒng)(7)，則白天和夜晚都開啟鍋爐(2)，鍋爐(2)輸出的高溫超臨界二氧化碳工質進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，并在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中做功發(fā)電放熱并對導熱油進行換熱形成超臨界二氧化碳工質，超臨界二氧化碳工質進入到鍋爐(2)中吸熱形成高溫超臨界二氧化碳工質；同時超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)輸出的導熱油進入到中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中放熱，然后再進入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中吸熱。
【文檔編號】F24J2/34GK105840442SQ201610316968
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】高煒, 楊玉, 李紅智, 姚明宇, 張立欣, 張純
【申請人】西安熱工研究院有限公司, 華能集團技術創(chuàng)新中心