超临界二氧化碳发电的系统和方法技术方案

本公开提供了一种超临界二氧化碳发电的系统和方法，系统包括：换热器，适用于通过外部的热源对亚临界状态下的二氧化碳工质等容加热，使二氧化碳工质转变为超临界二氧化碳工质；发电机与换热器连接，适用于接收超临界二氧化碳工质，并在超临界二氧化碳工质的等温膨胀下做功产生电能，排出温度不变的做功二氧化碳工质；冷却器与发电机连接并安装在发电机的上方，以增加来自于发电机的做功二氧化碳工质的重力势能，冷却器适用于将做功二氧化碳工质等容冷却为亚临界状态下的二氧化碳工质；单向输送单元设置在冷却器与换热器之间，适用于允许来自于冷却器的二氧化碳工质通过，使二氧化碳工质在等温的情况下重力势能转换为压强势能

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳发电的系统和方法


[0001]本公开涉及超临界二氧化碳发电
，尤其涉及一种超临界二氧化碳发电的系统和方法
。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳以其特有的物理
、
化学性质而被广泛应用于新型核电厂
、
燃煤电厂
、
太阳能
、
光热
、
地热
、
工业余热进行发电
、
供热
、
供冷等领域
。
[0003]相关技术中采用超临界二氧化碳进行发电的系统，通常通过活塞来实现压缩和膨胀过程
。
二氧化碳工质在推动活塞向外做功的过程中，以及向内推动活塞的过程中都会存在大量不可逆的功损失，如：活塞向外运动时排斥大气所作的功
、
活塞与壁面摩擦消耗的功，以及活塞之间的曲轴机构之间的摩擦消耗的功等，能量损失大，导致发电效率低
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的技术问题至少之一，本公开提供一种超临界二氧化碳发电的系统和方法，采用二氧化碳作为循环工质，提高发电效率
。
[0005]本公开实施例的另一个方面，提供了一种超临界二氧化碳发电的系统，包括换热器，适用于通过外部的热源对亚临界状态下的二氧化碳工质等容加热，使所述二氧化碳工质转变为超临界二氧化碳工质；发电机，与所述换热器连接，适用于接收所述超临界二氧化碳工质，并在所述超临界二氧化碳工质的等温膨胀下做功产生电能，排出温度不变的做功二氧化碳工质；冷却器，与所述发电机连接并安装在所述发电机的上方，以增加来自于所述发电机的做功二氧化碳工质的重力势能，所述冷却器适用于将所述做功二氧化碳工质等容冷却为亚临界状态下的二氧化碳工质；以及单向输送单元，设置在所述冷却器与所述换热器之间，适用于允许来自于所述冷却器的所述二氧化碳工质流入所述换热器，使所述二氧化碳工质在等温的情况下重力势能转换为压强势能，并阻止所述单向输送单元与所述换热器之间的二氧化碳工质向所述冷却器流动
。
[0006]根据本公开的实施例，所述冷却器设置在所述换热器上方，以形成高度差，将来自于所述冷却器的二氧化碳工质的重力势能转化为压强势能
。
[0007]根据本公开的实施例，所述换热器的热源为温度高于
40℃
的低品位热源，所述冷却器的温度低于
25℃
，使二氧化碳工质在所述冷却器出口和所述换热器出口形成温度差，将热能转化成动能使二氧化碳工质流动
。
[0008]根据本公开的实施例，所述发电机包括：永磁转子，中心轴垂直设置；定子线圈，套设在所述永磁转子所在管道外并包覆所述永磁转子；其中，所述超临界二氧化碳工质在所述冷却器和所述换热器之间形成的温度差引起的密度差下流动，并且由于二氧化碳工质在所述永磁转子内等温膨胀作功，带动所述永磁转子的叶轮转动，以使所述永磁转子切割磁感线，将所述永磁转子的动能转换为所述定子线圈的电能输出，做功后的所述二氧化碳工质从所述永磁转子的上端排出
。
[0009]根据本公开的实施例，所述单向输送单元为特斯拉阀，与所述支撑平台的支撑平面垂直的设置在所述冷却器与所述换热器之间的管道上
。
[0010]根据本公开的实施例，所述系统还包括：多个温度检测单元和压力检测单元，分别设置在所述换热器和所述冷却器的入口和出口的管道上
。
[0011]本公开实施例的另一个方面，提供了一种采用上述任一种所述的系统的超临界二氧化碳发电的方法，包括：
[0012]通过外部的热源对流经换热器的亚临界状态下的二氧化碳工质加热，使所述二氧化碳工质转换为超临界二氧化碳工质；
[0013]发电机利用所述超临界二氧化碳工质膨胀做功产生电能，输出温度不变的做功二氧化碳工质，在所述做功二氧化碳工质向所述冷却器流动的过程中，将所述二氧化碳工质的动能转化成重力势能；
[0014]在冷却器将所述做功二氧化碳工质冷却为亚临界状态下的二氧化碳工质；
[0015]将冷却后的所述二氧化碳工质竖直向下输送至换热器，其中，冷却后的所述二氧化碳工质的重力势能转换为压强势能，所述二氧化碳工质的压强势能增加根据本公开的实施例，根据伯努利方程和连续性方程，得到所述二氧化碳工质克服重力所作的功与压降的关系，得到所述二氧化碳工质经加热后的压力能够达到临界压力值时所需的重力势能
。
[0016]根据本公开的实施例，所述冷却器出口的二氧化碳工质和所述换热器出口的二氧化碳工质的温度差大于
15℃。
[0017]根据本公开实施例的超临界二氧化碳发电的系统，通过外部的热源使换热器对二氧化碳工质加热，使二氧化碳工质转变为超临界二氧化碳工质，超临界二氧化碳工质通过发电机膨胀做功，使发电机产生电能
。
将冷却器设置在发电机上，增加做功二氧化碳工质的重力势能，并将做功二氧化碳工质冷却为低于临界温度的二氧化碳工质，冷却器出口与换热器出口的二氧化碳工质形成温度差，二氧化碳工质跨越临界温度点引起密度剧烈变化，密度的差异使二氧化碳工质在系统中循环流动
。
冷却器出口的二氧化碳工质由于重力势能和换热器出口的二氧化碳工质的密度的差异，促使冷却器出口的二氧化碳工质向换热器入口流动，并将重力势能转换成压强势能，增大换热器入口的二氧化碳工质的压强势能，使经换热器加热后的二氧化碳工质可以转换成超临界二氧化碳工质，使发电机持续发电
。
采用二氧化碳作为循环工质，将冷却器设置在发电机上方，通过增加二氧化碳工质的重力势能对二氧化碳工质的压强势能进行储能，避免了摩擦损耗，提高了发电效率
。
附图说明
[0018]图1示意性示出了本公开实施例的超临界二氧化碳发电的系统的系统图；以及
[0019]图2示意性示出了本公开实施例的超临界二氧化碳发电的方法的流程图
。
[0020]【
附图标记说明
】
[0021]1‑
换热器；
[0022]2‑
发电机；
[0023]21
‑
永磁转子；
[0024]22
‑
定子线圈；
[0025]3‑
冷却器；
[0026]4‑
单向输送单元
。
具体实施方式
[0027]为使本公开的目的
、
技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明
。
但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例
。
相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员
。
在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件
。
[0028]以下，将参照附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超临界二氧化碳发电的系统，其特征在于，包括：换热器
(1)
，适用于通过外部的热源对亚临界状态下的二氧化碳工质等容加热，使所述二氧化碳工质转变为超临界二氧化碳工质；发电机
(2)
，与所述换热器
(1)
连接，适用于接收所述超临界二氧化碳工质，并在所述超临界二氧化碳工质的等温膨胀下做功产生电能，排出温度不变的做功二氧化碳工质；冷却器
(3)
，与所述发电机
(3)
连接并安装在所述发电机
(2)
的上方，以增加来自于所述发电机
(2)
的做功二氧化碳工质的重力势能，所述冷却器
(3)
适用于将所述做功二氧化碳工质等容冷却为亚临界状态下的二氧化碳工质；以及单向输送单元
(4)
，设置在所述冷却器
(3)
与所述换热器
(1)
之间，适用于允许来自于所述冷却器
(3)
的所述二氧化碳工质流入所述换热器
(1)
，使所述二氧化碳工质在等温的情况下重力势能转换为压强势能，并阻止所述单向输送单元
(4)
与所述换热器
(1)
之间的二氧化碳工质向所述冷却器
(3)
流动
。2.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却器
(3)
设置在所述换热器
(1)
上方，以形成高度差，其中，所述冷却器
(3)
的二氧化碳工质在流向所述换热器
(1)
的过程中的重力势能转化为压强势能
。3.
根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述换热器的热源为温度高于
40℃
的低品位热源，所述冷却器的温度低于
25℃
，使二氧化碳工质在所述冷却器出口和所述换热器出口形成温度差，将热能转化成动能使二氧化碳工质流动
。4.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电机
(2)
包括：永磁转子
(21)
，中心轴垂直设置；定子线圈
(22)
，套设在所述永磁转子
(21)
所在管道外并包覆所述永磁转子
(21)
；其中，所述超临界二氧化碳工质在所述冷却器
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，梁世强，徐祥，丁捷，刘中毅，
申请(专利权)人：上海浦东先进能源动力研究中心，
类型：发明
国别省市：