互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统及方法，太阳能集热器的出口及锅炉的出口均与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质出口与太阳能集热器的入口及锅炉的入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口与中低温蓄热系统的高温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通。本发明专利技术所述的能够实现季节性及连续阴雨天的大容量热能调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种联合发电系统及方法，具体涉及一种互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统及方法。
技术介绍
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，但太阳能不仅存在着日辐射量周期性变化，还存在辐射量季节性变化，同时随时会受到阴雨等天气因素的影响。目前理论上可以采用较为廉价的蓄热储能来解决太阳能昼夜分布不均的问题，这也是太阳能光热发电的重要优势之一，但热力循环希望通过提高循环最高温度来提高热效率，而随着最高温度的提高蓄热温度也不断提高，这给蓄热材料、蓄热系统容器、保温措施等都带来了更大的困难。若能够在保持热力循环较高温度的同时，降低蓄热温度则可以降低系统设计和运行的难度。另外面对连续阴雨天气以及太阳辐射季节性变化时，蓄热系统的调节能力有限，将难以满足供热要求。而化石能源完全可以补充连续无阳光时的热量空白，也可补充由季节变化引起的太阳能辐射长期不足，同时化石能源提供的热量容易控制，当太阳辐射热量发生不稳定的波动时，化石能源提供的热量可以作为有效的热量调控手段，使发电系统可以真正实现长期稳定的运转。可作为补充太阳光照不足或连续无太阳光照的化石能源包括煤、天然气、油等多种化石能源。以这类化石能源为燃料的锅炉及发电系统已
经非常成熟，例如目前常见的火电站锅炉等，这类系统可达到灵活调控以及长期平稳运行，同时容易实现补充热量的调节，正好可以弥补太阳能辐射热量不稳定的缺陷。光热发电需要通过热力循环实现热电转换，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型二氧化碳超临界工质具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性，是替代现有水蒸气热力循环系统的最佳选择，也是未来热电系统发展的趋势。然而只采用蓄热等储能方式实现能量调节的系统无法实现季节性以及连续阴雨天等大容量热能的调节，而只能在小范围内实现昼夜能量的调节，仅以太阳能作为低温预热部分辅助热源的发电系统并未充分实现太阳能高品位能源的价值，且消耗的化石能源比例较大，未采用蓄热而只采用化石能源补充的太阳能发电系统，同样存在着化石能源消耗比例过大的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统及方法，该系统及方法能够实现季节性及连续阴雨天的大容量热能调节，并且化石能源消耗比例较小。为达到上述目的，本专利技术所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统包括太阳能集热器、锅炉、二氧化碳布雷顿循环系统、中低温蓄热系统及中低温有机朗肯循环系统；太阳能集热器的出口及锅炉的出口均与超临界二氧化碳布雷顿循环
系统的超临界二氧化碳工质入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质出口与太阳能集热器的入口及锅炉的入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口与中低温蓄热系统的高温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通；中低温蓄热系统的高温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统的低温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油出口相连通。超临界二氧化碳布雷顿循环系统包括二氧化碳透平、二氧化碳回热器、预冷器及压缩机，太阳能集热器的出口及锅炉的出口与二氧化碳透平的入口相连通，二氧化碳透平的出口与二氧化碳回热器的放热侧入口相连通，二氧化碳回热器的放热侧出口与预冷器的放热侧入口相连通，预冷器的放热侧出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与二氧化碳回热器的吸热侧入口相连通，二氧化碳回热器的吸热侧出口与太阳能集热器的入口和锅炉的入口相连通；预冷器的吸热侧出口与中低温蓄热系统的高温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与预冷器的吸热侧入口相连通。所述中低温有机朗肯循环系统包括加热器、有机工质透平、有机工质回热器及冷凝器，加热器的工质侧出口与有机工质透平的入口相连通，有机工质透平的出口与有机工质回热器的放热侧入口相连通，有机工质
回热器的放热侧出口与冷凝器的工质侧入口相连通，冷凝器的工质侧出口与有机工质回热器的吸热侧入口相连通，有机工质回热器的吸热侧出口与加热器的工质侧入口相连通；加热器的导热油侧入口与二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口及中低温蓄热系统的高温端相连通，加热器的导热油侧出口与二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口及中低温蓄热系统的低温端相连通。冷凝器的工质侧出口与有机工质回热器的吸热侧入口通过有机工质泵相连通。中低温蓄热系统的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口通过管道并管后通过导热油泵与二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通。本专利技术所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电方法包括以下步骤：当太阳能集热器收集的热量能够满足中低温有机朗肯循环系统的最低负荷运行时，则关闭锅炉，闭合锅炉的入口及出口，同时断开中低温蓄热系统与中低温有机朗肯循环系统之间的联系，太阳能集热器输出的高温超临界二氧化碳工质进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中，并在超临界二氧化碳布雷顿循环系统中做功发电放热形成超临界二氧化碳工质，同时通过热交换对导热油进行加热，超临界二氧化碳工质进入到太阳能集热器中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；加热后的导热油分别进入到中低温蓄热系统中及中低温有机朗肯循环系统中，导热油在中低温蓄热系统中放热后再进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中换热，
导热油在中低温有机朗肯循环系统放热后再进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中换热；当夜间太阳能集热器不收集热量时，并且中低温蓄热系统(7)中储存有蓄积的热量时，则断开太阳能集热器，断开中低温蓄热系统与超临界二氧化碳布雷顿循环系统之间的联系，开启锅炉，锅炉根据超临界二氧化碳布雷顿循环系统的最低负荷运行要求燃烧化石能源，锅炉输出的高温超临界二氧化碳工质进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中，并在超临界二氧化碳布雷顿循环系统中做功发电放热并对导热油进行换热形成超临界二氧化碳工质，超临界二氧化碳工质进入到锅炉中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；同时中低温蓄热系统输出的导热油与超临界二氧化碳布雷顿循环系统输出的导热油汇流后进入到中低温有机朗肯循环系统中放热，然后再进入到中低温蓄热系统及超临界二氧化碳布雷顿循环系统中吸热。当太阳能集热器能够收集热量，但收集的热量不能满足中低温有机朗肯循环系统的最低负荷运行及蓄热热量时，则使锅炉正常工作，同时断开中低温蓄热系统与中低温有机朗肯循环系统之间的联系，太阳能集热器输出的高温超临界二氧化碳工质与锅炉输出的高温超临界二氧化碳工质汇流后进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中，并在超临界二氧化碳布雷顿循环系统中做功发电放热形成超临界二氧化碳工质，同时通过热交换对导热油进行加热，超临界二氧化碳工质进入到太阳能集热器及锅炉中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；加热后的导热油分别进入到中低温蓄热系统中及中低温有机朗肯循环系统中，导热油在中低温蓄
热系统中放热后再进入到超临界二氧化碳布雷顿循环系统中换热，导热油在中低温有机朗肯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、锅炉(2)、超临界二氧化碳布雷顿循环系统、中低温蓄热系统及中低温有机朗肯循环系统；太阳能集热器(1)的出口及锅炉(2)的出口均与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质出口与太阳能集热器(1)的入口及锅炉(2)的入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口与中低温蓄热系统(7)的高温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统(7)的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通；中低温蓄热系统(7)的高温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统(7)的低温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油出口相连通。

【技术特征摘要】
1.一种互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、锅炉(2)、超临界二氧化碳布雷顿循环系统、中低温蓄热系统及中低温有机朗肯循环系统；太阳能集热器(1)的出口及锅炉(2)的出口均与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的超临界二氧化碳工质出口与太阳能集热器(1)的入口及锅炉(2)的入口相连通，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口与中低温蓄热系统(7)的高温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统(7)的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通；中低温蓄热系统(7)的高温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统(7)的低温端与中低温有机朗肯循环系统的导热油出口相连通。2.根据权利要求1所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，超临界二氧化碳布雷顿循环系统包括二氧化碳透平(3)、二氧化碳回热器(4)、预冷器(5)及压缩机(6)，太阳能集热器(1)的出口及锅炉(2)的出口与二氧化碳透平(3)的入口相连通，二氧化碳透平(3)的出口与二氧化碳回热器(4)的放热侧入口相连通，二氧化碳回热器(4)的放热侧出口与预冷器(5)的放热侧入口相连通，预冷器(5)的放热侧出口与压缩机(6)的入口相连通，压缩机(6)的出口与二氧化碳回热器(4)的吸热侧入口相连通，二氧化碳回热器(4)的吸热侧出口与太阳能集热器(1)的入口和锅炉(2)的入口相连通；预冷器(5)的吸热侧出口与中低温蓄热系统(7)的高温端及中低温
\t有机朗肯循环系统的导热油入口相连通，中低温蓄热系统(7)的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口与预冷器(5)的吸热侧入口相连通。3.根据权利要求1所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，所述中低温有机朗肯循环系统包括加热器(9)、有机工质透平(10)、有机工质回热器(11)及冷凝器(12)，加热器(9)的工质侧出口与有机工质透平(10)的入口相连通，有机工质透平(10)的出口与有机工质回热器(11)的放热侧入口相连通，有机工质回热器(11)的放热侧出口与冷凝器(12)的工质侧入口相连通，冷凝器(12)的工质侧出口与有机工质回热器(11)的吸热侧入口相连通，有机工质回热器(11)的吸热侧出口与加热器(9)的工质侧入口相连通；加热器(9)的导热油侧入口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油出口及中低温蓄热系统(7)的高温端相连通，加热器(9)的导热油侧出口与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口及中低温蓄热系统(7)的低温端相连通。4.根据权利要求1所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，冷凝器(12)的工质侧出口与有机工质回热器(11)的吸热侧入口通过有机工质泵(13)相连通。5.根据权利要求1所述的互补型的超临界二氧化碳和有机朗肯联合发电系统，其特征在于，中低温蓄热系统(7)的低温端及中低温有机朗肯循环系统的导热油出口通过管道并管后通过导热油泵(8)与超临界二氧化碳布雷顿循环系统的导热油入口相连通。6.一种互补型的超临界二氧化碳和有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炜，杨玉，李红智，姚明宇，张立欣，张纯，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，华能集团技术创新中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61