用于带有饱和液体储存的集中太阳能功率系统的有机朗肯循环和方法技术方案

一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统，包括：第一太阳能功率源(52)，其被构造成将ORC液体加热成饱和ORC液体；第二太阳能功率源(70)，其流体地连接到第一太阳能功率源且被构造成使饱和ORC液体汽化而变成ORC蒸气；以及涡轮机(54)，其被构造成接收ORC蒸气并通过使ORC蒸气膨胀而产生机械能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于带有饱和液体储存的集中太阳能功率系统的有机朗肯 循环和方法
本专利技术的实施例大体上涉及发电系统，并且更特别地涉及具有太阳能功率源和饱和液体储存的有机朗肯循环(ORC)系统。
技术介绍
朗肯循环使用封闭循环中的有机工作流体从加热源或热贮存器收集热量并通过使热气态流通过涡轮或膨胀器膨胀而产生功率。膨胀的流通过将热量传递到冷贮存器而在冷凝器中冷凝，并且再次泵送至加热压力而完成循环。已知太阳能功率源被用作加热源或热贮存器。例如，集中太阳能功率(CSP)系统使用透镜或反射镜和跟踪系统将大面积的阳光会聚成小光束。集中的热量接着被用作常规发电站用的热源。存在各种集中技术。最先进的是抛物面、集中线性菲涅尔反射器、斯特林碟和太阳能塔。各种技术被用来跟踪太阳和会聚光。在所有这些系统中，工作流体被集中的阳光加热，且然后用于发电或能量储存。参照图1讨论一般的ORC系统。图1示出发电系统10，其包括也称为锅炉的热交换器2、涡轮4、冷凝器6和泵8。穿过始于热交换器2的该闭环系统，外部热源3 (例如，热烟气)加热热交换器2。这造成接收的加压液体介质12被转化为流至涡轮4的加压蒸气14。涡轮4接收加压蒸气流14并可在加压蒸气膨胀时产生功率16。由涡轮4释放的膨胀的低压蒸气流18进入冷凝器6，其将膨胀的低压蒸气流18冷凝成低压液体流20。低压液体流20接着进入泵8，其既产生高压液体流12又保持闭环系统流动。高压液体流12接着被泵送至热交换器2以继续该过程。可在朗肯循环中使用的一种工作流体是有机工作流体。此类有机工作流体被称为ORC流体。ORC系统已部署为发动机以及小型和中型燃气涡轮的改型设备，以从热烟气流中捕获废热。该废热可在二级发电系统中用来产生在由单独产生热烟气的发动机输送的功率之上多达额外20%的功率。`随着太阳能功率源的发展，ORC循环已被应用至如所描述的系统。例如，在图2中，存在系统30，其具有太阳能收集器32、带有换热冷凝器34的蒸汽发动机、用于工作流体的储罐36以及用于将工作流体输送至太阳能收集器32的泵38。太阳能收集器32配有在其入口处用于由泵38从储罐36泵送至上罐42的ORC工作流体的高度调节阀40。汽化的ORC工作流体从太阳能收集器32提供至可连接到发电机46的蒸汽涡轮44。然而，现有的太阳能功率系统不是高效的。此外，当没有太阳时，现有的太阳能功率系统在产生能量方面有困难。因此，用于提高发电系统中ORC系统的效率的系统和方法是所期望的。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统。该系统包括:第一太阳能功率源，其被构造成将ORC液体加热成饱和的ORC液体；第二太阳能功率源，其流体地连接到第一太阳能功率源且被构造成使饱和的ORC液体汽化而变成ORC蒸气；以及涡轮机，其被构造成接收ORC蒸气并通过使ORC蒸气膨胀而产生机械能。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统。该系统包括:涡轮机，其被构造成将热量转化为机械能；换热器，其流体地连接到涡轮机的输出且被构造成从汽化的ORC流体去除热量；冷却装置，其流体地连接到换热器且被构造成将汽化的ORC流体转化回ORC液体；泵，其流体地连接在冷却装置与换热器之间且被构造成将ORC液体泵送至换热器；第一太阳能功率源，其被构造成通过加热而将ORC液体转化为饱和的ORC液体；以及第二太阳能功率源，其流体地连接到第一太阳能功率源且被构造成使饱和的ORC液体汽化而变成ORC蒸气，其中涡轮机被构造成从第二太阳能功率源接收ORC蒸气。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种使用有机朗肯循环(ORC)产生能量的方法。该方法包括:将ORC液体通过在第一太阳能功率源内加热而在闭环系统中转化成饱和的ORC液体；将饱和的ORC液体储存在储罐中；控制饱和的ORC液体到第二太阳能功率源或用于将饱和的ORC液体转化成ORC蒸气的另一装置的流动；使ORC蒸气在涡轮机中膨胀以产生能量；以及冷却ORC蒸气以将其变回ORC液体并使ORC液体返回至第一太阳能功率源。【附图说明】在参照附图阅读以下描述之后，本专利技术的实施例对本领域技术人员将更加显而易见，在附图中: 图1是ORC循环的不意图； 图2是与太阳能功率源一起使用的ORC循环配置的示意图； 图3是根据本专利技术的示例性实施例的与太阳能功率源一起使用的ORC循环配置的示意图； 图4是根据本专利技术的示例性实施例的与太阳能功率源和二级热源一起使用的ORC循环配置的示意图； 图5是根据本专利技术的示例性实施例的在双闭环系统中与太阳能功率源一起使用的ORC循环配置的示意图； 图6是根据本专利技术的示例性实施例的在双闭环系统中与太阳能功率源和二级热源一起使用的ORC循环配置的不意图； 图7是根据本专利技术的示例性实施例的用于使用带有太阳能功率源的ORC循环配置的方法的流程图； 图8是根据本专利技术的示例性实施例的在双闭环系统中与太阳能功率源一起使用的ORC循环配置的流程图； 图9是根据本专利技术的示例性实施例的包括第一和第二太阳能功率源的用于产生功率的闭环系统； 图10是根据本专利技术的示例性实施例的经受通过闭环系统的各种热转化的ORC流体的P-H图；以及 图11是根据本专利技术的示例性实施例的用于通过使用带有两个太阳能功率源的闭环系统产生功率的方法的流程图。【具体实施方式】示例性实施例的下列详细描述参考了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。另外，附图未必按比例绘制。而且，下列详细描述不限制本专利技术。替代地，本专利技术的范围由所附权利要求限定。为简单起见，以下描述参考与太阳能功率源一起使用以使用膨胀器产生能量的ORC循环。然而，太阳能功率源可以是不同的，或者膨胀器可以替换成用于产生能量的另一种涡轮机。在说明书全文中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，在说明书全文中，在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。根据图3所示的示例性实施例，用于使用有机朗肯循环(ORC)产生功率的系统50包括构造成使流过系统的介质汽化的太阳能功率源52和构造成通过使汽化介质膨胀而产生能量/功率的涡轮机54。冷凝器56确保汽化介质返回至其液相，并且泵58添加液体介质的压力并维持流过系统的介质。介质可以是在ORC系统中通常使用的有机流体。然而，为了提高的效率，根据一种应用，可以使用环戊烷基流体作为介质。环戊烷是带有化学式C5H10的高度易燃的脂环烃。它由五个碳原子的环组成，每个碳原子与平面上方和下方的两个氢原子键合。它以带有汽油状气味的无色液体形式存在。其熔点为94°C且其沸点为49°C。还可使用其它介质。根据示例性实施例，ORC介质包括与2-甲基戊烷、正戊烷和异戊烷中的一种或多种混合的环戊烷。例如，一种可能的组合是约95%的环戊烷、约3.5%的2-甲基戊烷、0.75%的正戊烷和约0.75%的异戊烷。太阳能功率源52可以是已知的太阳能源中的任一种。然而，接下来要讨论的实施例对于集中太阳能功率(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统，所述系统包括：第一太阳能功率源，其被构造成将ORC液体加热成饱和ORC液体；第二太阳能功率源，其流体地连接到所述第一太阳能功率源且被构造成使所述饱和ORC液体汽化而变成ORC蒸气；以及涡轮机，其被构造成接收ORC蒸气并通过使所述ORC蒸气膨胀而产生机械能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.01 IN 941/DEL/20111.一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统,所述系统包括:第一太阳能功率源，其被构造成将ORC液体加热成饱和ORC液体；第二太阳能功率源，其流体地连接到所述第一太阳能功率源且被构造成使所述饱和 ORC液体汽化而变成ORC蒸气；以及涡轮机，其被构造成接收ORC蒸气并通过使所述ORC蒸气膨胀而产生机械能。2.根据权利要求1所述的闭环系统，其特征在于，还包括:罐，其流体地连接在所述第一太阳能功率源与所述第二太阳能功率源之间，且被构造成储存所述饱和ORC液体。3.根据权利要求1或权利要求2所述的闭环系统，其特征在于，还包括:控制装置，其流体地连接在所述罐与所述第二太阳能功率源之间，且被构造成控制所述饱和ORC液体到所述第二太阳能功率源的流动。4.根据任一项前述权利要求所述的闭环系统，其特征在于，还包括:加热装置，其流体地连接到所述控制装置且被构造成使所述饱和ORC液体汽化，其中所述控制装置被构造成当所述第二太阳能功率源不工作时将所述饱和ORC液体从所述罐引导到所述加热装置而不到所述第二太阳能功率源。5.根据任一项前述权利要求所述的闭环系统，其特征在于，还包括:节流装置，其流体地连接到所述控制装置且被构造成通过降低所述饱和ORC液体的压力而使所述饱和ORC液体汽化，其中所述控制装置被构造成当所述第二太阳能功率源不工作时将所述饱和ORC液体从所述罐引导到所述节流装置而不到所述第二太阳能功率源。6.根据任一项前述权利要求所述的闭环系统，其特征在于，还包括:分离罐，其流体地连接在所述节流装置与所述涡轮机之间，且被构造成将所述ORC蒸气提供至所述涡轮机并将所述饱和ORC液体提供回所述罐或所述第一太阳能功率源。7.根据任一项前述权利要求所述的闭环系统，其特征在于，所述第一太阳能功率源被构造成不使所述ORC液体汽化。8.根据任一项前述权利要求所述的闭环系统，其特征在于，还包括:换热器，其流体地连接到所述涡轮机的输出且被构造成从所述汽化的ORC流体去除热量;冷却装置，其流体地连接到所述换热器且被构造成将所述汽化的ORC流体转化回所述 ORC液体；以及泵，其流体地连接在所述冷却装置与所述换热器之间，且被构造成将所述ORC液体泵送至所述换热器，其中，来自所述泵的所述泵送的ORC液体在所述换热器中从来自所述涡轮机的膨胀器的所述汽化的ORC流体接收热量。9.一种用于使用有机朗肯循环(ORC)和ORC流体产生能量的闭环系统，所述系统包括:涡轮机，其被构造成将热量转化为机械能；换热器，其流体地连接到所述涡轮机的输出且被构造成从所述汽化的ORC流体去除热量;冷却装置，其流体地连接到所述换热器且被构造成将所述汽化的ORC流体转化回所述 ORC液体；泵，其流体地连接在所述冷却装置与所述换热器之间且被构造成将所述ORC液体泵送至所述换热器；第一太阳能功率源，其被构造成通过加热而将所述ORC液体转化成饱和ORC液体；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：B科萨马纳，S特，S穆尼亚拉，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内有限公司，
类型：
国别省市：