一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，包括太阳能集热器、锅炉、透平发电系统、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机、再压缩机、第一控制阀、第二控制阀及控制系统。本实用新型通过太阳能与石化能源互补的方式实现发电，并且化石能源消耗比例较小。
【专利说明】
一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种发电系统，具体涉及一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，虽然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，但面对连续阴雨天等天气以及太阳辐射季节性变化时，蓄热系统将难以满足供热要求。而化石能源正好可以补充太阳能供热不足或连续无阳光时的空白，使发电系统可以真正实现长期稳定的运转。
[0003]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等。这类系统可达到灵活调控以及长期平稳运行，正好可以弥补太阳能辐射热量不稳定的缺陷。
[0004]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。
[0005]然而采用蓄热等储能方式的太阳能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，而本系统可实现长期大热容量调节。然而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。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，该系统通过太阳能与石化能源互补的方式实现发电，并且化石能源消耗比例较小。
[0007]为达到上述目的，本实用新型所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统包括太阳能集热器、锅炉、透平发电系统、高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机、再压缩机、控制系统、第一控制阀及第二控制阀；
[0008]锅炉的出口通过第一控制阀与透平发电系统的入口相连通，太阳能集热器的出口通过第二控制阀与透平发电系统的入口相连通，透平发电系统的出口与高温回热器的放热侧入口相连通，高温回热器的放热侧出口与低温回热器的放热侧入口相连通，低温回热器的放热侧出口与预冷器的工质侧入口及再压缩机的入口相连通，预冷器的工质侧出口与主压缩机的入口相连通，主压缩机的出口与低温回热器的吸热侧入口相连通，低温回热器的吸热侧出口及再压缩机的出口均与高温回热器的吸热侧入口相连通，高温回热器的吸热侧出口分别与锅炉的入口及太阳能集热器的入口相连通；
[0009]控制系统的输出端与第一控制阀的控制端及第二控制阀的控制端相连接。
[0010]还包括第三控制阀，高温回热器的吸热侧出口与锅炉的入口通过第三控制阀相连通，第三控制阀的控制端与控制系统的输出端相连接。
[0011]还包括第四控制阀，高温回热器的吸热侧出口与及太阳能集热器的入口通过第四控制阀相连通，第四控制阀的控制端与控制系统的输出端相连接。
[0012]本实用新型具有以下有益效果:
[0013]本实用新型所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统在使用时，通过控制系统控制第一控制阀及第二控制阀的开合，实现对太阳能集热器及锅炉的控制，从而能够通过太阳能集热器及锅炉独立或者同时为透平发电系统提供高温超临界二氧化碳工质，当太阳辐射充足时，则以太阳能为热源通过太阳能集热器单独为透平发电系统提供热能，在白天，当太阳能辐射不充足时，则以太阳能及石化能源为热源通过太阳能集热器及锅炉为透平发电系统提供热能；当太阳能辐射结束后，则以石化能源为热源通过锅炉为透平发电系统提供热能，从而实现太阳能与石化能源互补发电，同时仅在太阳能辐射结束或者辐射不充足时，开启锅炉，从而更大限度的利用太阳能，降低石化能源的消耗比例。同时本实用新型以超临界二氧化碳为工质，相对于传统的水蒸汽热力循环发电装置，系统的体积更小、更紧凑、热效率更高，同时超临界二氧化碳工质在600°C时即可达到700°C水蒸汽热力循环效率。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
[0015]其中，I为太阳能集热器、2为锅炉、3为透平发电系统、4为高温回热器、5为低温回热器、6为预冷器、7为主压缩机、8为再压缩机。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0017]参考图1，本实用新型所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统包括太阳能集热器1、锅炉2、透平发电系统3、高温回热器4、低温回热器5、预冷器6、主压缩机7、再压缩机8、控制系统、第一控制阀a及第二控制阀b;锅炉2的出口通过第一控制阀a与透平发电系统3的入口相连通，太阳能集热器I的出口通过第二控制阀b与透平发电系统3的入口相连通，透平发电系统3的出口与高温回热器4的放热侧入口相连通，高温回热器4的放热侧出口与低温回热器5的放热侧入口相连通，低温回热器5的放热侧出口与预冷器6的工质侧入口及再压缩机8的入口相连通，预冷器6的工质侧出口与主压缩机7的入口相连通，主压缩机7的出口与低温回热器5的吸热侧入口相连通，低温回热器5的吸热侧出口及再压缩机8的出口均与高温回热器4的吸热侧入口相连通，高温回热器4的吸热侧出口分别与锅炉2的入口及太阳能集热器I的入口相连通。
[0018]另外，本实用新型还包括第三控制阀c及第四控制阀d，高温回热器4的吸热侧出口与锅炉2的入口通过第三控制阀c相连通，第三控制阀c的控制端与控制系统的输出端相连接;高温回热器4的吸热侧出口与及太阳能集热器I的入口通过第四控制阀d相连通，第四控制阀d的控制端与控制系统的输出端相连接。
[0019]本实用新型的具体工作过程为:
[0020]当太阳能集热器I能够收集热量，且太阳能集热器I收集的热量能够满足透平发电系统3对热量的需求时，则关闭锅炉2，同时关闭第一控制阀a及第二控制阀b，太阳能集热器I输出的高温超临界二氧化碳工质进入到透平发电系统3中，透平发电系统3将所述高温超临界二氧化碳工质的热能转化为电能，使温超临界二氧化碳工质变为低压超临界二氧化碳工质，所述低压超临界二氧化碳工质依次进入到高温回热器4的放热侧及低温回热器5的放热侧中，从低温回热器5放热侧输出的超临界二氧化碳工质分为两路，其中一路进入到预冷器6中预冷，预冷后再依次在主压缩机7中进行压缩、在低温回热器5的吸热侧中进行吸热，另一路进入到再压缩机8中进行压缩，再压缩机8输出的超临界二氧化碳工质与低温回热器5吸热侧输出的超临界二氧化碳工质汇流后进入到高温回热器4的吸热侧进行吸热，高温回热器4吸热侧输出的超临界二氧化碳工质进入到太阳能集热器I中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；
[0021]当太阳能集热器I不能收集热量时，则关闭太阳能集热器1，第二控制阀b及第四控制阀d，锅炉2输出的高温超临界二氧化碳工质进入到透平发电系统3中，透平发电系统3将所述高温超临界二氧化碳工质的热能转化为电能，使温超临界二氧化碳工质变为低压超临界二氧化碳工质，所述低压超临界二氧化碳工质依次进入到高温回热器4的放热侧及低温回热器5的放热侧中，从低温回热器5放热侧输出的超临界二氧化碳工质分为两路，其中一路进入到预冷器6中预冷，预冷后再依次在主压缩机7中进行压缩、在低温回热器5的吸热侧中进行吸热，另一路进入到再压缩机8中进行压缩，再压缩机8输出的超临界二氧化碳工质与低温回热器5吸热侧输出的超临界二氧化碳工质汇流后进入到高温回热器4的吸热侧进行吸热，高温回热器4吸热侧输出的超临界二氧化碳工质进入到锅炉2中吸热形成高温超临界二氧化碳工质；
[0022]当太阳能集热器I能够收集热量时，且太阳能集热器I收集的热量不能够满足透平发电系统3对热量的需求时，太阳能集热器I及锅炉2正常工作，太阳能集热器I与锅炉2输出的高温超临界二氧化碳工质汇流后进入到透平发电系统3中，透平发电系统3将所述高温超临界二氧化碳工质的热能转化为电能，使温超临界二氧化碳工质变为低压超临界二氧化碳工质，所述低压超临界二氧化碳工质依次进入到高温回热器4的放热侧及低温回热器5的放热侧中，从低温回热器5放热侧输出的超临界二氧化碳工质分为两路，其中一路进入到预冷器6中预冷，预冷后再依次在主压缩机7中进行压缩、在低温回热器5的吸热侧中进行吸热，另一路进入到再压缩机8中进行压缩，再压缩机8输出的超临界二氧化碳工质与低温回热器5吸热侧输出的超临界二氧化碳工质汇流后进入到高温回热器4的吸热侧进行吸热，高温回热器4吸热侧输出的超临界二氧化碳工质分别两路，其中一路进入到锅炉2中吸热形成高温超临界二氧化碳工质，另一路进入到太阳能集热器I中吸热形成高温超临界二氧化碳工质。
[0023]需要说明的是，当太阳能集热器I能够收集热量时，且太阳能集热器I收集的热量不能够满足透平发电系统3对热量的需求时，太阳能集热器I吸收的热量大小与进入到太阳能集热器I中超临界二氧化碳工质的流量成正比;太阳能集热器I输出的高温超临界二氧化碳工质及锅炉2输出的高温超临界二氧化碳工质满足透平发电系统3对热量的需求。
[0024]另外，通过调节第一控制阀a及第二控制阀b调节锅炉2及太阳能集热器I输出的高温超临界二氧化碳工质的流量，通过调节第三控制阀c及第四控制阀d调节进入到锅炉2及太阳能集热器I中超临界二氧化碳工质的流量，从而更大限度的利用太阳能、降低石化能源的消耗。
[0025]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其特征在于，包括太阳能集热器(I)、锅炉(2)、透平发电系统(3)、高温回热器(4)、低温回热器(5)、预冷器(6)、主压缩机(7)、再压缩机(8)、控制系统、第一控制阀(a)及第二控制阀(b); 锅炉(2)的出口通过第一控制阀(a)与透平发电系统(3)的入口相连通，太阳能集热器(1)的出口通过第二控制阀(b)与透平发电系统(3)的入口相连通，透平发电系统(3)的出口与高温回热器(4)的放热侧入口相连通，高温回热器(4)的放热侧出口与低温回热器(5)的放热侧入口相连通，低温回热器(5)的放热侧出口与预冷器(6)的工质侧入口及再压缩机(8)的入口相连通，预冷器(6)的工质侧出口与主压缩机(7)的入口相连通，主压缩机(7)的出口与低温回热器(5)的吸热侧入口相连通，低温回热器(5)的吸热侧出口及再压缩机(8)的出口均与高温回热器(4)的吸热侧入口相连通，高温回热器(4)的吸热侧出口分别与锅炉(2)的入口及太阳能集热器(I)的入口相连通； 控制系统的输出端与第一控制阀(a)的控制端及第二控制阀(b)的控制端相连接。2.根据权利要求1所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其特征在于，还包括第三控制阀(C)，高温回热器(4)的吸热侧出口与锅炉(2)的入口通过第三控制阀(c)相连通，第三控制阀(C)的控制端与控制系统的输出端相连接。3.根据权利要求2所述的互补型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其特征在于，还包括第四控制阀(d)，高温回热器(4)的吸热侧出口与及太阳能集热器(I)的入口通过第四控制阀(d)相连通，第四控制阀(d)的控制端与控制系统的输出端相连接。
【文档编号】F03G6/04GK205533029SQ201620276305
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】高炜, 王月明, 李红智, 杨玉, 张帆, 张一帆, 白文刚
【申请人】西安热工研究院有限公司, 华能集团技术创新中心