一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、中低溫儲熱系統(tǒng)、超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)及中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；所述超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)、布雷頓循環(huán)回?zé)崞鳌㈩A(yù)冷器及壓縮機(jī)；所述中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器、有機(jī)朗肯循環(huán)透平、有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞鳌⒗淠骷坝袡C(jī)工質(zhì)泵。本實用新型的太陽能集熱溫度及熱效率較高，并且能夠有效的解決太陽能時間分布不均的問題，同時蓄熱溫度較低。
【專利說明】
一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，由于太陽能光熱發(fā)電在高溫集熱時理論熱效率高，并且理論上可以采用較為廉價的蓄熱儲能來解決太陽能時間分布不均的問題，使得光熱發(fā)電越發(fā)受到重視。
[0003]光熱發(fā)電需要將光能轉(zhuǎn)換為熱能，再通過熱力循環(huán)實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換，目前在眾多熱力循環(huán)當(dāng)中，超臨界布雷頓循環(huán)是一種最有優(yōu)勢的循環(huán)形式。新型超臨界工質(zhì)(二氧化碳、氦氣和氧化二氮等)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(zhuǎn)換效率，減小設(shè)備體積，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。
[0004]太陽能的利用還需要解決時間分布不均的問題，常用的方法是蓄熱。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(shè)計和運(yùn)行的難度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的太陽能集熱溫度及熱效率較高，并且能夠有效的解決太陽能時間分布不均的問題，同時蓄熱溫度較低。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實用新型所述的超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能集熱器、中低溫儲熱系統(tǒng)、超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)及中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；
[0007]所述超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)、布雷頓循環(huán)回?zé)崞?、預(yù)冷器及壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的超臨界工質(zhì)出口與布雷頓循環(huán)回?zé)崞魑鼰醾?cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞魑鼰醾?cè)的出口與太陽能集熱器的工質(zhì)入口相連通，太陽能集熱器的工質(zhì)出口經(jīng)布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)與布雷頓循環(huán)回?zé)崞鞣艧醾?cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞鞣艧醾?cè)的出口與預(yù)冷器的超臨界工質(zhì)入口相連通，預(yù)冷器的超臨界工質(zhì)出口與壓縮機(jī)的超臨界工質(zhì)入口相連通；
[0008]所述中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器、有機(jī)朗肯循環(huán)透平、有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?、冷凝器及有機(jī)工質(zhì)栗，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器的導(dǎo)熱油出口及導(dǎo)熱油入口通過中低溫儲熱系統(tǒng)分別與預(yù)冷器的導(dǎo)熱油入口及導(dǎo)熱油出口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器的有機(jī)工質(zhì)出口經(jīng)有機(jī)朗肯循環(huán)透平與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞鞣艧醾?cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞鞣艧醾?cè)的出口經(jīng)冷凝器及有機(jī)工質(zhì)栗與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞魑鼰醾?cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞魑鼰醾?cè)的出口與有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器的有機(jī)工質(zhì)入口連通。
[0009]所述中低溫儲熱系統(tǒng)包括中低溫蓄熱器、第一三通閥、第二三通閥、第三三通閥、第四三通閥及導(dǎo)熱油栗；
[0010]所述預(yù)冷器的導(dǎo)熱油出口與第一三通閥的第一個開口相連通，第一三通閥的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器的一個開口及有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器的導(dǎo)熱油入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器的導(dǎo)熱油出口與第四三通閥的第一個開口相連通，第四三通閥的第二個開口及第三個開口分別與第三三通閥的第一個開口及導(dǎo)熱油栗的入口相連通，第三三通閥的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器的另一個開口及第二三通閥的第一個開口相連通，第二三通閥的第二個開口及第三個開口分別與導(dǎo)熱油栗的出口及所述預(yù)冷器的導(dǎo)熱油入口連通。
[0011]本實用新型具有以下有益效果:
[0012]本實用新型所述的超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)在使用過程中，先將太陽能集熱器獲取的太陽能高溫?zé)崃勘怀R界布雷頓循環(huán)利用，從而有效的保證系統(tǒng)在較高集熱溫度下安全運(yùn)行，同時超臨界工質(zhì)穩(wěn)定且不存在分解等問題，確保系統(tǒng)整體具有較高的熱效率，另外，超臨界布雷頓循環(huán)排出的廢熱通過導(dǎo)熱油對中低溫儲熱系統(tǒng)中的蓄熱材料進(jìn)行加熱，中低溫儲熱系統(tǒng)能夠在需要的時候與中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，從而解決太陽能隨時間分布不均勻的問題。另外，中低溫蓄熱系統(tǒng)存儲的蓄熱材料的最高溫度遠(yuǎn)小于超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中超臨界工質(zhì)的最高溫度，極大的降低了高溫蓄熱帶來的困難。在實際使用時，中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)能夠僅在夜間運(yùn)行，避免環(huán)境溫度高無法維持較低冷凝溫度的問題，保證有機(jī)朗肯循環(huán)的熱效率;而在白天時，主要依靠超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中的預(yù)冷是通過向?qū)嵊团艧嵬瓿傻模苊饬耸艿江h(huán)境溫度的影響。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]其中，I為太陽能集熱器、2為布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)、3為布雷頓循環(huán)回?zé)崞鳌?為預(yù)冷器、5為壓縮機(jī)、6為第一三通閥、7為中低溫蓄熱器、8為第二三通閥、9為第三三通閥、10為導(dǎo)熱油栗、11為第四三通閥、12為有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器、13為有機(jī)朗肯循環(huán)透平、14為有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞鳌?5為冷凝器、16為有機(jī)工質(zhì)栗。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0016]參考圖1，本實用新型所述的超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能集熱器1、中低溫儲熱系統(tǒng)、超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)及中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng);所述超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)2、布雷頓循環(huán)回?zé)崞?、預(yù)冷器4及壓縮機(jī)5，壓縮機(jī)5的超臨界工質(zhì)出口與布雷頓循環(huán)回?zé)崞?吸熱側(cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞?吸熱側(cè)的出口與太陽能集熱器I的工質(zhì)入口相連通，太陽能集熱器I的工質(zhì)出口經(jīng)布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)2與布雷頓循環(huán)回?zé)崞?放熱側(cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞?放熱側(cè)的出口與預(yù)冷器4的超臨界工質(zhì)入口相連通，預(yù)冷器4的超臨界工質(zhì)出口與壓縮機(jī)5的超臨界工質(zhì)入口相連通;所述中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12、有機(jī)朗肯循環(huán)透平13、有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4冷凝器15及有機(jī)工質(zhì)栗16，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12的導(dǎo)熱油出口及導(dǎo)熱油入口通過中低溫儲熱系統(tǒng)分別與預(yù)冷器4的導(dǎo)熱油入口及導(dǎo)熱油出口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12的有機(jī)工質(zhì)出口經(jīng)有機(jī)朗肯循環(huán)透平13與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4放熱側(cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4放熱側(cè)的出口經(jīng)冷凝器15及有機(jī)工質(zhì)栗16與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4吸熱側(cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4吸熱側(cè)的出口與有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12的有機(jī)工質(zhì)入口連通。
[0017]需要說明的是，所述中低溫儲熱系統(tǒng)包括中低溫蓄熱器7、第一三通閥6、第二三通閥8、第三三通閥9、第四三通閥11及導(dǎo)熱油栗10;預(yù)冷器4的導(dǎo)熱油出口與第一三通閥6的第一個開口相連通，第一三通閥6的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器7的一個開口及有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12的導(dǎo)熱油入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12的導(dǎo)熱油出口與第四三通閥11的第一個開口相連通，第四三通閥11的第二個開口及第三個開口分別與第三三通閥9的第一個開口及導(dǎo)熱油栗10的入口相連通，第三三通閥9的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器7的另一個開口及第二三通閥8的第一個開口相連通，第二三通閥8的第二個開口及第三個開口分別與導(dǎo)熱油栗10的出口及所述預(yù)冷器4的導(dǎo)熱油入口相連通。
[0018]本實用新型的具體工作過程為:
[0019]太陽能集熱器I將太陽輻射的光能轉(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，超臨界工質(zhì)在太陽能集熱器I中被加熱為高溫高壓超臨界工質(zhì)，高溫高壓超臨界工質(zhì)通過布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)2做功，做功后的超臨界工質(zhì)進(jìn)入布雷頓循環(huán)回?zé)崞?的一側(cè)放熱，然后進(jìn)入預(yù)冷器4中將廢熱傳遞給中低溫蓄熱系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油，經(jīng)過預(yù)冷后的超臨界工質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)5加壓，高壓超臨界工質(zhì)進(jìn)入布雷頓循環(huán)回?zé)崞?的另一側(cè)吸熱，最后再次進(jìn)入太陽能集熱器I，完成整個布雷頓循環(huán)。
[0020]在超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的同時通過中低溫蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行蓄熱，然后在有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時中低溫蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行放熱。其中，蓄熱時，中低溫蓄熱系統(tǒng)與預(yù)冷器4保持聯(lián)通，導(dǎo)熱油在導(dǎo)熱油栗10的輸送下依次通過第二三通閥8、預(yù)冷器4、第一三通閥6、中低溫蓄熱器7、第三三通閥9及第四三通閥11，使熱量通過導(dǎo)熱油傳遞給中低溫蓄熱器7中的蓄熱材料儲存。放熱時，使中低溫蓄熱系統(tǒng)與有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12保持聯(lián)通，導(dǎo)熱油在導(dǎo)熱油栗10的輸送下，依次通過第二三通閥8、第三三通閥9、中低溫蓄熱器7、第一三通閥6、有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12和第四三通閥11;熱量先由中低溫蓄熱器7中的蓄熱材料傳遞給導(dǎo)熱油，再由導(dǎo)熱油加熱有機(jī)工質(zhì)。
[0021]被加熱后的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)透平13做功，做功后的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4的一側(cè)放熱，然后再進(jìn)入冷凝器15中被冷卻為液態(tài)，液態(tài)有機(jī)工質(zhì)被有機(jī)工質(zhì)栗16加壓后送入有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?4的另一側(cè)吸熱，然后再進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器12中吸熱，完成整個有機(jī)朗肯循環(huán)。
[0022]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能集熱器(1)、中低溫儲熱系統(tǒng)、超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)及中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)； 所述超臨界布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)(2)、布雷頓循環(huán)回?zé)崞?3)、預(yù)冷器(4)及壓縮機(jī)(5)，壓縮機(jī)(5)的超臨界工質(zhì)出口與布雷頓循環(huán)回?zé)崞?3)吸熱側(cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞?3)吸熱側(cè)的出口與太陽能集熱器(I)的工質(zhì)入口相連通，太陽能集熱器(I)的工質(zhì)出口經(jīng)布雷頓循環(huán)多級透平發(fā)電系統(tǒng)(2)與布雷頓循環(huán)回?zé)崞?3)放熱側(cè)的入口相連通，布雷頓循環(huán)回?zé)崞?3)放熱側(cè)的出口與預(yù)冷器(4)的超臨界工質(zhì)入口相連通，預(yù)冷器(4)的超臨界工質(zhì)出口與壓縮機(jī)(5)的超臨界工質(zhì)入口相連通； 所述中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)、有機(jī)朗肯循環(huán)透平(13)、有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?14)、冷凝器(15)及有機(jī)工質(zhì)栗(16)，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)的導(dǎo)熱油出口及導(dǎo)熱油入口通過中低溫儲熱系統(tǒng)分別與預(yù)冷器(4)的導(dǎo)熱油入口及導(dǎo)熱油出口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)的有機(jī)工質(zhì)出口經(jīng)有機(jī)朗肯循環(huán)透平(13)與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?14)放熱側(cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?14)放熱側(cè)的出口經(jīng)冷凝器(15)及有機(jī)工質(zhì)栗(16)與有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?14)吸熱側(cè)的入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)回?zé)崞?14)吸熱側(cè)的出口與有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)的有機(jī)工質(zhì)入口連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界布雷頓與有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述中低溫儲熱系統(tǒng)包括中低溫蓄熱器(7)、第一三通閥(6)、第二三通閥(8)、第三三通閥(9)、第四三通閥(11)及導(dǎo)熱油栗(10); 所述預(yù)冷器(4)的導(dǎo)熱油出口與第一三通閥(6)的第一個開口相連通，第一三通閥(6)的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器(7)的一個開口及有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)的導(dǎo)熱油入口相連通，有機(jī)朗肯循環(huán)加熱器(12)的導(dǎo)熱油出口與第四三通閥(11)的第一個開口相連通，第四三通閥(11)的第二個開口及第三個開口分別與第三三通閥(9)的第一個開口及導(dǎo)熱油栗(10)的入口相連通，第三三通閥(9)的第二個開口及第三個開口分別與中低溫蓄熱器(7)的另一個開口及第二三通閥(8)的第一個開口相連通，第二三通閥(8)的第二個開口及第三個開口分別與導(dǎo)熱油栗(10)的出口及所述預(yù)冷器(4)的導(dǎo)熱油入口連通。
【文檔編號】F03G6/06GK205533030SQ201620055637
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】高煒, 李紅智, 姚明宇, 張帆, 張一帆
【申請人】西安熱工研究院有限公司