一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，包括：由压缩机、低温回热器、地热能加热器、高温回热器、太阳能加热器、锅炉、透平、发电机、预冷器、冷却器构成的超临界二氧化碳循环回路；由注入泵、注入井、生产井、地热能换热器构成的地热注采回路；由循环泵、太阳能聚光集热系统、储热装置换热器、储热装置、三通切换阀、太阳能补热器、溴化锂吸收式制冷机、冷却器、冷却塔构成的太阳能热转换回路。本发明专利技术还提供了基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电方法。该系统将多种能源相结合，高低温热源互补，通过超临界二氧化碳循环实现多能混合发电；不但可以提高能源综合利用率，并且系统简单、结构紧凑、运行灵活、成本低。

A multi energy hybrid power generation system and method based on supercritical carbon dioxide cycle

The invention provides a supercritical carbon dioxide cycle multi energy hybrid power system, including: Based on the compressor, heat exchanger, low temperature geothermal energy in supercritical carbon dioxide cycle high temperature heater, heat exchanger, solar heater, boiler, turbine, generator, pre cooler, cooler formed by injection pump,; injection wells, production wells, geothermal energy of ghe injection circuit; the circulating pump, solar heat collection and storage device system, heat exchanger, heat storage device, three switch valve, solar heater, solar thermal conversion circuit of refrigerator, cooler, cooling tower composed of lithium bromide absorption. The invention also provides a multi - energy hybrid generation method based on the supercritical carbon dioxide cycle. The system combines multiple energy sources, complements high and low temperature heat sources, and realizes multi energy hybrid generation through supercritical carbon dioxide cycle. It not only improves the comprehensive utilization rate of energy, but also has the advantages of simple system, compact structure, flexible operation and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统及方法
本专利技术涉及一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统及方法，属于新能源

技术介绍
当今世界正经历一场能源变革，以常规化石燃料为主的传统能源格局正在向多元化的能源供给模式转变，可再生能源正逐步成为能源主力。地热能在世界范围内以及我们国家的储量非常巨大，其中干热岩(＞150℃)占99％以上，我国干热岩储量按2％可开采量计算相当于我国2010年能源消耗总量的4400倍。近期青海省共和盆地发现200℃以上大规模可利用干热岩，可开采量相当于我国2016年能源消耗总量的3倍。干热岩发电技术不受季节、气候制约，发电的成本仅为风力发电的一半，为太阳能发电的十分之一。但是，地热能毕竟是低品位的热能，如果用于发电，按照目前技术水平，热电转换效率仅为10％左右。太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，太阳能热发电是太阳能利用的主要方式之一，近年来这项技术发展十分迅速。但是，以单纯的太阳能模式运行的太阳能热电站存在许多问题，特别是太阳能具有间歇性，太阳能热发电系统的投资和发电成本较高，储热技术还不够成熟。因此，太阳能与其它能源综合互补的利用模式，不仅可以有效地解决太阳能利用不稳定的问题，还可以利用其它发电技术的优势。地热能与太阳能混合发电是一条有现实意义的技术途径，原因是地热能丰富的地区其太阳能资源也非常丰富，这是重要的地理优势。但是，仅有这两种能源并不能完全满足供电要求：一方面作为基本负荷能，其容量较小，稳定性还不够高；另一方面作为调峰负荷，其调峰能力还不够好。因此，还需要再补充可靠的常规热源(如：锅炉)，这样将常规能源与地热能、太阳能热进行有机组合，形成多能互补。将热源进行整合，还需要有动力循环系统作为基本架构。近年来，超临界二氧化碳循环成为热点，并且被认为具有诸多潜在优势。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。超临界二氧化碳循环的研究始于上世纪四十年代，在六、七十年代取得阶段性研究成果，之后主要由于透平机械、紧凑式热交换器制造技术不成熟而中止，直至本世纪初，超临界二氧化碳循环的研究在美国再度兴起，并为世界其它国家所关注。由于二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率高、可空冷，超临界二氧化碳循环可以与各种热源组合成发电系统，被认为在火力发电、核能发电、太阳能热发电、余热发电、地热发电、生物质发电等领域均具有良好的应用前景。采用超临界二氧化碳循环可以最大限度地整合地热能、太阳能和常规锅炉热能，不但可以提高能源综合利用率，并且系统简单、结构紧凑、运行灵活，非常适用于地热能、太阳能丰富，但缺少水源的地区。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：如何将多种能源形式，包括可再生和不可再生能源，整合到超临界二氧化碳循环，构成新型的发电系统，发挥超临界二氧化碳循环可与多种能源耦合的优势，实现多能互补，提高能源综合利用效率，并降低设备投资。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路、地热注采回路、太阳能热转换回路组成；所述超临界二氧化碳循环回路包括压缩机，压缩机出口分别连接低温回热器高压侧进口和地热能加热器二氧化碳工质侧进口，低温回热器高压侧出口与地热能加热器二氧化碳工质侧出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接太阳能加热器二氧化碳工质侧进口，太阳能加热器二氧化碳工质侧出口连接锅炉进口，锅炉出口连接透平进气口，压缩机、透平、发电机同轴相连；透平排气口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口连接预冷器进口，预冷器出口连接冷却器工质进口，冷却器工质出口连接压缩机进口；所述地热注采回路包括深入地下的注入井和生产井，注入泵出口连接注入井，生产井出口连接地热能换热器的地热携热介质侧的进口，地热能换热器的地热携热介质侧的出口连接注入泵的进口，地热能换热器的中间传热介质侧进口、出口分别与地热能加热器的中间传热介质侧出口、太阳能补热器中间传热介质侧进口连接，太阳能补热器中间传热介质侧出口连接地热能加热器的中间传热介质侧进口；所述太阳能热转换回路包括太阳能聚光集热系统，循环泵出口连接太阳能聚光集热系统的进口和三通切换阀的第一端口，三通切换阀的第二端口连接储热装置换热器一端，太阳能聚光集热系统的出口连接储热装置换热器另一端和所述太阳能加热器传热介质侧的进口，储热装置换热器连接储热装置；所述太阳能加热器传热介质侧的出口连接所述太阳能补热器传热介质侧进口，所述太阳能补热器传热介质侧出口连接溴化锂吸收式制冷机热源进口，溴化锂吸收式制冷机热源出口连接循环泵进口和三通切换阀的第三端口，溴化锂吸收式制冷机的冷媒水进口、出口分别与所述冷却器的冷媒水出口、进口相连。优选地，所述超临界二氧化碳循环回路还包括用于旁路所述太阳能加热器第一旁路阀，第一旁路阀进口、出口分别连接所述太阳能加热器进口、出口；当没有太阳能可以提供时，太阳能加热器被旁路掉，二氧化碳工质直接进入锅炉。优选地，所述超临界二氧化碳循环回路还包括用于旁路所述锅炉的第二旁路阀，第二旁路阀进口、出口分别连接所述锅炉进口、出口；当太阳能充足时，不需要锅炉补热，锅炉被旁路掉，二氧化碳工质直接进入透平。优选地，所述锅炉连接空气预热器，空气预热器为空冷预热器或水冷预热器；通过空气预热器回收排烟热量用于加热新空气；由于锅炉进口的二氧化碳工质温度较高，造成锅炉排烟温度高，通过空气预热器回收排烟热量用于加热新空气，这种空气预热器的工作温度高于常规的锅炉空气预热器。优选地，所述溴化锂吸收式制冷机与冷却塔相连。优选地，所述压缩机进口二氧化碳工质温度不超过35℃，且温度波动不超过±1.5℃；所述透平进口二氧化碳工质温度不低于400℃、压力不低于18MPa；所述发电机的额定输出功率为10MWe以上；所述生产井输出的携热介质的温度为100℃以上。优选地，所述太阳能聚光集热系统为塔式、槽式或菲涅尔式太阳能热系统，工作温度不低于300℃，采用的传热介质为导热油、熔盐或其它适用介质；所述溴化锂吸收式制冷机为双效制冷机。优选地，所述地热能加热器与地热能换热器之间的中间传热介质为水；所述地热能注采回路的携热介质为水或超临界二氧化碳。优选地，所述锅炉为燃煤、燃气、燃油或生物质直燃锅炉，锅炉配有脱硫、脱硝装置及其它必要的环保设施。本专利技术还提供了一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电方法，其特征在于：采用上述的基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，步骤为：冷态的二氧化碳工质进入压缩机，压力和温度升高；压缩机出口的二氧化碳工质分两路：一路经低温回热器吸收透平排出工质的低温段热量，另一路经地热能加热器吸收地热能及部分低温太阳能的热量；然后两路汇合进入高温回热器吸收透平排出工质的高温段热量，高温回热器出来的工质经太阳能加热器吸收高温太阳能的热量，再直接进入透平或经锅炉补热后进入透平做功，推动发电机和压缩机工作；透平排出的工质依次经高温回热器、低温回热器释放部分热量，最后经预冷器和冷却器冷却后，再回到压缩机，完成超临界二氧化碳循环发电；地热能采集分为注采回路和中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路、地热注采回路、太阳能热转换回路组成；所述超临界二氧化碳循环回路包括压缩机(1)，压缩机(1)出口分别连接低温回热器(2)高压侧进口和地热能加热器(3)二氧化碳工质侧进口，低温回热器(2)高压侧出口与地热能加热器(3)二氧化碳工质侧出口连接高温回热器(4)高压侧进口，高温回热器(4)高压侧出口连接太阳能加热器(5)二氧化碳工质侧进口，太阳能加热器(5)二氧化碳工质侧出口连接锅炉(8)进口，锅炉(8)出口连接透平(10)进气口，压缩机(1)、透平(10)、发电机(11)同轴相连；透平(10)排气口连接高温回热器(4)低压侧进口，高温回热器(4)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接预冷器(12)进口，预冷器(12)出口连接冷却器(24)工质进口，冷却器(24)工质出口连接压缩机(1)进口；所述地热注采回路包括深入地下的注入井(14)和生产井(15)，注入泵(13)出口连接注入井(14)，生产井(15)出口连接地热能换热器(16)的地热携热介质侧的进口，地热能换热器(16)的地热携热介质侧的出口连接注入泵(13)的进口，地热能换热器(16)的中间传热介质侧进口、出口分别与地热能加热器(3)的中间传热介质侧出口、太阳能补热器(22)中间传热介质侧进口连接，太阳能补热器(22)中间传热介质侧出口连接地热能加热器(3)的中间传热介质侧进口；所述太阳能热转换回路包括太阳能聚光集热系统(18)，循环泵(17)出口连接太阳能聚光集热系统(18)的进口和三通切换阀(21)的第一端口，三通切换阀(21)的第二端口连接储热装置换热器(19)一端，太阳能聚光集热系统(18)的出口连接储热装置换热器(19)另一端和所述太阳能加热器(5)传热介质侧的进口，储热装置换热器(19)连接储热装置(20)；所述太阳能加热器(5)传热介质侧的出口连接所述太阳能补热器(22)传热介质侧进口，所述太阳能补热器(22)传热介质侧出口连接溴化锂吸收式制冷机(23)热源进口，溴化锂吸收式制冷机(23)热源出口连接循环泵(17)进口和三通切换阀(21)的第三端口，溴化锂吸收式制冷机(23)的冷媒水进口、出口分别与所述冷却器(24)的冷媒水出口、进口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路、地热注采回路、太阳能热转换回路组成；所述超临界二氧化碳循环回路包括压缩机(1)，压缩机(1)出口分别连接低温回热器(2)高压侧进口和地热能加热器(3)二氧化碳工质侧进口，低温回热器(2)高压侧出口与地热能加热器(3)二氧化碳工质侧出口连接高温回热器(4)高压侧进口，高温回热器(4)高压侧出口连接太阳能加热器(5)二氧化碳工质侧进口，太阳能加热器(5)二氧化碳工质侧出口连接锅炉(8)进口，锅炉(8)出口连接透平(10)进气口，压缩机(1)、透平(10)、发电机(11)同轴相连；透平(10)排气口连接高温回热器(4)低压侧进口，高温回热器(4)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接预冷器(12)进口，预冷器(12)出口连接冷却器(24)工质进口，冷却器(24)工质出口连接压缩机(1)进口；所述地热注采回路包括深入地下的注入井(14)和生产井(15)，注入泵(13)出口连接注入井(14)，生产井(15)出口连接地热能换热器(16)的地热携热介质侧的进口，地热能换热器(16)的地热携热介质侧的出口连接注入泵(13)的进口，地热能换热器(16)的中间传热介质侧进口、出口分别与地热能加热器(3)的中间传热介质侧出口、太阳能补热器(22)中间传热介质侧进口连接，太阳能补热器(22)中间传热介质侧出口连接地热能加热器(3)的中间传热介质侧进口；所述太阳能热转换回路包括太阳能聚光集热系统(18)，循环泵(17)出口连接太阳能聚光集热系统(18)的进口和三通切换阀(21)的第一端口，三通切换阀(21)的第二端口连接储热装置换热器(19)一端，太阳能聚光集热系统(18)的出口连接储热装置换热器(19)另一端和所述太阳能加热器(5)传热介质侧的进口，储热装置换热器(19)连接储热装置(20)；所述太阳能加热器(5)传热介质侧的出口连接所述太阳能补热器(22)传热介质侧进口，所述太阳能补热器(22)传热介质侧出口连接溴化锂吸收式制冷机(23)热源进口，溴化锂吸收式制冷机(23)热源出口连接循环泵(17)进口和三通切换阀(21)的第三端口，溴化锂吸收式制冷机(23)的冷媒水进口、出口分别与所述冷却器(24)的冷媒水出口、进口相连。2.如权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：所述超临界二氧化碳循环回路还包括用于旁路所述太阳能加热器(5)第一旁路阀(6)，第一旁路阀(6)进口、出口分别连接所述太阳能加热器(5)进口、出口；当没有太阳能可以提供时，太阳能加热器(5)被旁路掉，二氧化碳工质直接进入锅炉(8)。3.如权利要求1或2所述的一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：所述超临界二氧化碳循环回路还包括用于旁路所述锅炉(8)的第二旁路阀(7)，第二旁路阀(7)进口、出口分别连接所述锅炉(8)进口、出口；当太阳能充足时，不需要锅炉(8)补热，锅炉(8)被旁路掉，二氧化碳工质直接进入透平(10)。4.如权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：所述锅炉(8)连接空气预热器(9)，空气预热器(9)为空冷预热器或水冷预热器；通过空气预热器(9)回收排烟热量用于加热新空气；所述溴化锂吸收式制冷机(23)与冷却塔(25)相连。5.如权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统，其特征在于：所述压缩机(1)进口二氧化碳工质温度不超过35℃，且温度波动不超过±1.5℃；所述透...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开云，黄志强，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31