一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统技术方案

一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，包括塔式聚光型太阳能集热器集热循环、S‑CO

A combined power cycle power generation system using high temperature solar energy and LNG cold energy

【技术实现步骤摘要】
一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统
本专利技术涉及一种发电系统，具体涉及一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统。
技术介绍
太阳能作为一种可再生的新能源，已成为目前应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。对于高温热源，S-CO2(supercriticalcarbondioxide，超临界二氧化碳)布雷顿循环具有体积小、热效率高、安全环保等优点，是下一代太阳能光热发电系统中最具潜力的热力循环形式。但该技术受到太阳能随时间分布的不均匀性制约。LNG(liquefiednaturalgas，液化天然气)需要通过气化器加热气化成常温天然气供给用户使用。LNG在气化过程中会释放出大量的冷能。将该部分冷能进行有效回收利用，会产生巨大的经济效益。以氨-水混合物作为工质的卡琳娜循环在中低温热能利用中具有显著优势。在卡琳娜循环中，氨-水混合物的吸热蒸发过程为变温过程，可以使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的匹配，从而最大限度地降低放热过程中的不可逆损失，提高其热能利用效率。将LNG作为卡琳娜循环的冷源能够进一步提高其发电效率，但该技术对LNG冷能的利用率不高。天然气直接膨胀发电技术具有工艺简单、成本低等优点，但仅能利用LNG的压力能，同样存在冷能利用率低的缺点。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，该系统将S-CO2循环、卡琳娜循环和天然气直接膨胀发电技术应用到太阳能光热发电和LNG冷能利用领域，在解决太阳能时间分布不均问题的同时，避免了高温蓄热的困难，能够提高发电效率，并大幅度降低光热发电成本；同时对LNG冷能进行梯级利用，避免了冷能的损失，有效提高了联合发电系统的热效率和发电效率；具有结构紧凑、控制灵活、高效节能、成本低廉及实用性强的优点。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，包括塔式聚光型太阳能集热循环、S-CO2再压缩布雷顿循环、卡琳娜循环和天然气直接膨胀过程；所述塔式聚光型太阳能集热循环包括定日镜23，定日镜23吸收太阳光并将热量传递给吸热器22，吸热器22的工质出口侧与泵21的工质进口侧相连通，泵21的工质出口侧与第三换热器20的热流进口侧相连通，第三换热器20的热流出口侧与吸热器22的工质进口侧相连通；所述的S-CO2再压缩布雷顿循环系统包括主压缩机14，主压缩机14的出气口与低温回热器16的进气口相连通，低温回热器16的出气口与再压缩机15的出气口通过第一混合器18连入高温回热器17的冷流进口侧，高温回热器17的冷流出气口与第三换热器20的冷流进气口相连通，第三换热器20的冷流出气口与S-CO2透平膨胀机19的进气口相连通，S-CO2透平膨胀机19的出气口与高温回热器17的热流进气口相连通，高温回热器17的热流出气口与低温回热器16的热流进气口相连通，低温回热器16的热流出气口与第一换热器9的热流入口侧相连，第一换热器9的热流出口侧与三通器13进气口相连通，三通器13的第一出气口连入预冷器12的热流进气口，预冷器12的热流出气口与主压缩机14的进气口相连通，三通器13的第二出气口连入再压缩机15的进气口；所述的卡琳娜循环系统包括氨水泵8，氨水泵8的工质出口侧与第一换热器9冷流入口侧连接，第一换热器9冷流出口侧接入分离器10工质入口侧，分离器10的气相出口端与氨气透平膨胀机11的进气口相联通，氨气透平膨胀机11的出气口与冷凝器3的进气口相连通，分离器10的液相出口端与第二换热器5的热流入口端相连通，第二换热器5的热流出口侧与节流阀6相接，冷凝器3的热流出口侧与节流阀6的出口通过第二混合器7连入氨水泵8的进口侧；所述的天然气直接膨胀过程包括LNG储罐1，LNG储罐1与LNG泵2连接，LNG泵2接入冷凝器3的冷流进口侧，冷凝器3的冷流出口侧与第二换热器5的冷流进口侧相连通，第二换热器5的冷流出口侧与透平膨胀机4的进气口相连通，透平膨胀机4的出气口与预冷器12的冷流入口侧相接。所述S-CO2再压缩布雷顿循环中循环介质为S-CO2。所述卡琳娜循环中循环介质为氨水混合物。所述冷凝器3中冷源介质为LNG。所述预冷器12冷流出口侧直接连至用户或企业。本专利技术通过将LNG引入S-CO2再压缩布雷顿循环，利用太阳能中高温热能的S-CO2再压缩布雷顿循环与使用LNG为冷源卡琳娜循环结合，既充分的利用太阳能中的高温热能，又对LNG冷能进行回收，从而提高整体系统的热效率和发电效率；采取聚光型太阳能集热器获取高温热量，能够有效的保证系统在较高集热温度下安全运行，确保系统整体具有较高的热效率。本专利技术白天主要依靠S-CO2发电，并储存其排出的废热，夜晚再提供给卡琳娜循环发电，在解决太阳能时间分布不均问题的同时避免了高温蓄热的困难，使系统能达到持续发电的状态，实现太阳能和LNG冷能的高效互补利用，具有结构紧凑、控制灵活、高效节能、成本低廉及实用性强的优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1、LNG储罐；2、LNG泵；3、冷凝器；4、透平膨胀机；5、第二换热器；6、节流阀；7、第二混合器；8、氨水泵；9、第一换热器；10、分离器；11、氨气透平膨胀机；12、预冷器；13、三通器；14、主压缩机；15、再压缩机；16、低温回热器；17、高温回热器；18、第一混合器；19、S-CO2透平膨胀机；20、第三换热器；21、泵；22、吸热器；23、定日镜。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。参见图1，一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，包括塔式聚光型太阳能集热循环、S-CO2再压缩布雷顿循环、卡琳娜循环和天然气直接膨胀过程；所述塔式聚光型太阳能集热循环包括定日镜23，定日镜23吸收太阳光并将热量传递给吸热器22，吸热器22的工质出口侧与泵21的工质进口侧相连通，泵21的工质出口侧与第三换热器20的热流进口侧相连通，第三换热器20的热流出口侧与吸热器22的工质进口侧相连通；所述的S-CO2再压缩布雷顿循环系统包括主压缩机14，主压缩机14的出气口与低温回热器16的进气口相连通，低温回热器16的出气口与再压缩机15的出气口通过第一混合器18连入高温回热器17的冷流进口侧，高温回热器17的冷流出气口与第三换热器20的冷流进气口相连通，第三换热器20的冷流出气口与S-CO2透平膨胀机19的进气口相连通，S-CO2透平膨胀机19的出气口与高温回热器17的热流进气口相连通，高温回热器17的热流出气口与低温回热器16的热流进气口相连通，低温回热器16的热流出气口与第一换热器9的热流入口侧相连，第一换热器9的热流出口侧与三通器13进气口相连通，三通器13的第一出气口连入预冷器12的热流进气口，预冷器12的热流出气口与主压缩机14的进气口相连通，三通器13的第二出气口连入再压缩机15的进气口；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，包括塔式聚光型太阳能集热循环、S-CO

【技术特征摘要】
1.一种利用高温太阳能和LNG冷能的联合动力循环发电系统，包括塔式聚光型太阳能集热循环、S-CO2再压缩布雷顿循环、卡琳娜循环及LNG直接膨胀过程；其特征在于：所述塔式聚光型太阳能集热循环包括定日镜(23)，定日镜(23)吸收太阳光并将热量传递给吸热器(22)，吸热器(22)的工质出口侧与泵(21)的工质进口侧相连通，泵(21)的工质出口侧与第三换热器(20)的热流进口侧相连通，第三换热器(20)的热流出口侧与吸热器(22)的工质进口侧相连通；
所述的S-CO2再压缩布雷顿循环系统包括主压缩机(14)，主压缩机(14)的出气口与低温回热器(16)的进气口相连通，低温回热器(16)的出气口与再压缩机(15)的出气口通过第一混合器(18)连入高温回热器(17)的冷流进口侧，高温回热器(17)的冷流出气口与第三换热器(20)的冷流进气口相连通，第三换热器(20)的冷流出气口与S-CO2透平膨胀机(19)的进气口相连通，S-CO2透平膨胀机(19)的出气口与高温回热器(17)的热流进气口相连通，高温回热器(17)的热流出气口与低温回热器(16)的热流进气口相连通，低温回热器(16)的热流出气口与第一换热器(9)的热流入口侧相连，第一换热器(9)的热流出口侧与三通器(13)进气口相连通，三通器(13)的第一出气口连入预冷器(12)的热流进气口，预冷器(12)的热流出气口与主压缩机(14)的进气口相连通，三通器(13)的第二出气口连入再压缩机(15)的进气口；
所述的卡琳娜循环系统包括氨水泵(8)，氨水泵(8)的工质出口侧与第一换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘杰，张颉，白宸瑞，李冉，唐凌虹，白俊华，吴刚，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61