一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统。该发电系统包括双压朗肯循环发电子系统、单压朗肯循环发电子系统和天然气直接膨胀发电子系统。本发明专利技术采用双压朗肯循环和单压朗肯循环的组合实现对能量的深度梯级利用；天然气直接膨胀发电子系统可充分回收LNG的压力能。由于太阳能受辐射强度影响波动较大，通过调节双压朗肯循环中高压循环的压力，可实现工质蒸发温度与太阳能热水温度的相互匹配，保证系统在变工况下的高效运行。

Power generation system based on low temperature solar energy and liquefied natural gas cold energy

The invention discloses a power generation system based on low temperature solar energy and liquefied natural gas cold energy. The double pressure Rankine cycle power generation system includes electronic system, single pressure Rankine cycle electronic system and natural gas direct expansion of electronic system. The invention adopts double pressure Rankine cycle and the combination of single pressure Rankine cycle to achieve the depth of energy cascade utilization; direct expansion natural gas electronic system can fully recover the pressure energy of LNG. As the solar radiation intensity fluctuations, by adjusting the pressure of double pressure cycle Rankine cycle, can realize the matching of vapor temperature and solar hot water temperature, to ensure the efficient operation of the system in the changed conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统
本专利技术涉及液化天然气冷能发电及太阳能热发电领域，具体涉及一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统。
技术介绍
液化天然气（LNG）是一种清洁能源，其常压储存温度约为-162℃，在气化过程中，会释放大量冷能。太阳能是一种绿色清洁的可再生能源，近年来应用范围越来越广泛。太阳能作为系统热源，利用太阳能产生的热量，将低沸点的有机工质气化，推动汽轮机做功产生电能。LNG作为系统冷源，经过汽轮机的有机工质被LNG冷凝后循环使用，而LNG则进入海水换热器吸热，自身的温度进一步升高，而后进入膨胀机做功发电，回收其压力能。膨胀作功后的天然气温度降低，再经过海水换热器吸热后温度接近环境温度，进入管网供千家万户使用。专利CN201510279905.1涉及一种发电系统以及基于该系统的发电方法，所述发电系统包括混合工质朗肯循环膨胀做功部、丙烷工质朗肯循环膨胀做功部和天然气直接膨胀发电部;所述发电方法包括如下步骤:天然气介质一级直接膨胀、第一级朗肯循环、第二级朗肯循环。优点在于:方法基于能量温度对口和梯级利用的原理，在不过分增加系统复杂度的前提下，通过串联的两个朗肯循环，逐级利用LNG的冷能，减小LNG与朗肯循环工质传热过程的有效能损失，冷能发电效率更高。通过设置天然气的一级直膨，能够在保证管网和用户压力需要的条件下，充分利用LNG的压力能。但是该方法采用海水作为系统热源，对于太阳能等温度更高的热源的利用效率相对较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统，结合海水和太阳能为系统提供热能，同时充分利用液化天然气的冷能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统，其特征在于：包括双压朗肯循环发电子系统、单压朗肯循环发电子系统和天然气直接膨胀发电子系统；所述双压朗肯循环发电子系统包括第一回路、第二回路、第三回路和第四回路，所述第一回路包括相互连接的太阳能集热器、太阳能储热器，所述第二回路包括相互连接的太阳能换热器、太阳能储热器，所述第三回路包括依次连接的太阳能换热器、第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、高压工质泵，所述第四回路包括依次连接的第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、低压海水换热器；所述单压朗肯循环发电子系统包括依次连接并构成回路的中间换热器、第二汽轮机、低温冷凝器、第三工质泵；所述天然气直接膨胀发电子系统包括依次连接的LNG储罐、LNG泵、低温冷凝器、第三海水换热器、第三汽轮机、第四海水换热器。进一步的，所述双压朗肯循环发电子系统采用的工质为CO2。进一步的，所述单压朗肯循环发电子系统采用的工质为R32。进一步的，所述第一汽轮机为补汽式汽轮机。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术在充分利用液化天然气冷能的基础上，还梯级利用了太阳能；2、本专利技术有两个热源，一部分利用太阳能，一部分利用海水提供能量；3、本专利技术中能量先经过双压朗肯循环发电子系统，后经过单压朗肯循环发电子系统，双压朗肯循环发电子系统和单压朗肯循环发电子系统共用一个中间换热器，使太阳能和LNG得到梯级利用；4、本专利技术的双压朗肯循环发电子系统中两个热源温度不同，当太阳能受天气影响温度发生变化时，可以通过调节高压循环的压力，保证系统的稳定高效运行。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图中：1-太阳能集热器；2-太阳能储热器；3-太阳能换热器；4-第一汽轮机；5-中间换热器；6-低压工质泵；7-共用海水换热器；8-高压工质泵；9-低压海水换热器；10-第二汽轮机；11-低温冷凝器；12-第三工质泵；13-LNG储罐；14-LNG泵；15-第三海水换热器；16-第三汽轮机；17-第四海水换热器。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。请参照图1，本专利技术提供一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统，其特征在于：包括双压朗肯循环发电子系统、单压朗肯循环发电子系统和天然气直接膨胀发电子系统。所述双压朗肯循环发电子系统包括第一回路、第二回路、第三回路和第四回路，所述第一回路包括相互连接的太阳能集热器1、太阳能储热器2，所述第二回路包括相互连接的太阳能换热器3、太阳能储热器2，所述第三回路包括依次连接的太阳能换热器3、第一汽轮机4、中间换热器5、低压工质泵6、共用海水换热器7、高压工质泵8，所述第四回路包括依次连接的第一汽轮机4、中间换热器5、低压工质泵6、共用海水换热器7、低压海水换热器9。由于太阳能受辐射强度影响温度波动较大，通过调节双压朗肯循环发电子系统中高压循环的压力，可实现工质蒸发温度与太阳能热水温度的相互匹配，保证系统在变工况下的高效运行。所述单压朗肯循环发电子系统包括依次连接并构成回路的中间换热器5、第二汽轮机10、低温冷凝器11、第三工质泵12。单压朗肯循环发电子系统和双压朗肯循环发电子系统通过中间换热器5串联起来，实现了能量的梯级利用。所述天然气直接膨胀发电子系统包括依次连接的LNG储罐13、LNG泵14、低温冷凝器11、第三海水换热器15、第三汽轮机16、第四海水换热器17。LNG在对有机工质进行冷却的过程中，自身变成高温蒸汽，被海水进一步加热后推动第三汽轮机16做功，做功后的天然气再次被海水加热后进入管网供用户使用。于本实施例中，所述双压朗肯循环发电子系统第一回路为太阳能集热及储热系统。该系统采用但并不限于真空管式集热器及热水罐式储热器。正常运行时，由储热器下部出来的温度较低的水经集热器加热后的高温水（100~150℃，压力0.5MPa）进入储热器上部，与储热器中的水进行混合，提升储水的平均温度。第二回路中由储热器上部出来的高温水（温度90℃，压力0.5MPa）进入太阳能换热器3，与第三回路的工质进行热交换，温度降低后返回储热器。第三回路采用的工质为CO2。CO2经过中间换热器5冷却后，变成-13.7℃下的饱和液体，被低压工质泵6加压后送入共用海水换热器7。经过共用海水换热器7加热后的工质温度为5℃，压力为5.08MPa，一部分经过高压工质泵8升压后进入太阳能换热器3吸热成过热蒸汽（温度85℃，压力7.2MPa），另一部分进入低压海水换热器9蒸发成的饱和气体（温度15℃，压力5.08MPa）。太阳能换热器3出来的过热蒸汽进入第一汽轮机4膨胀做功。膨胀到中间压力时，与低压海水换热器9出来的低压饱和蒸汽混合，继续膨胀做功，而后进入中间换热器5冷凝，完成一个工作循环。于本实施例中，所述单压朗肯循环发电子系统采用的工质为R32。R32在中间换热器5中吸收CO2的冷凝潜热成为过热蒸汽（温度-20℃，压力0.33456MPa），然后进入第二汽轮机10做功，其排汽经低温冷凝器11冷凝成温度为-88℃、压力为0.1036MPa的低温液体，再由第三工质泵12加压后送回到中间换热器5，完成一个工作循环。于本实施例中，天然气直接膨胀发电子系统中LNG的初始储存温度为-162℃，压力为0.1MPa，流量为10kg/s。经过LNG泵加压至10MPa，进入依次低温冷凝器11和第三海水换热器15吸热，温度升高至10℃。高压的天然气进入第三汽轮机16膨胀做功后，变成低压天然气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统，其特征在于：包括双压朗肯循环发电子系统、单压朗肯循环发电子系统和天然气直接膨胀发电子系统；所述双压朗肯循环发电子系统包括第一回路、第二回路、第三回路和第四回路，所述第一回路包括相互连接的太阳能集热器、太阳能储热器，所述第二回路包括相互连接的太阳能换热器、太阳能储热器，所述第三回路包括依次连接的太阳能换热器、第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、高压工质泵，所述第四回路包括依次连接的第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、低压海水换热器；所述单压朗肯循环发电子系统包括依次连接并构成回路的中间换热器、第二汽轮机、低温冷凝器、第三工质泵；所述天然气直接膨胀发电子系统包括依次连接的LNG储罐、LNG泵、低温冷凝器、第三海水换热器、第三汽轮机、第四海水换热器。

【技术特征摘要】
1.一种基于低温太阳能及液化天然气冷能的发电系统，其特征在于：包括双压朗肯循环发电子系统、单压朗肯循环发电子系统和天然气直接膨胀发电子系统；所述双压朗肯循环发电子系统包括第一回路、第二回路、第三回路和第四回路，所述第一回路包括相互连接的太阳能集热器、太阳能储热器，所述第二回路包括相互连接的太阳能换热器、太阳能储热器，所述第三回路包括依次连接的太阳能换热器、第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、高压工质泵，所述第四回路包括依次连接的第一汽轮机、中间换热器、低压工质泵、共用海水换热器、低压海水换热器；所述单压朗肯循环发电子系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志新，王蜀家，许福泉，赖剑鹏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35