专利名称：一种基于超临界二氧化碳的发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电系统及方法技术领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳的发电系统。
背景技术：
目前能源问题困扰世界各国，寻找高效环保的发电方法迫在眉睫。世界上目前现有的发电形式大致有这么几种水力发电、火力发电、潮汐发电、原子能发电、风能发电和太阳能发电等。太阳能发电比较经济，但由于收集装置庞大、制作技术难度大等原因，不能形成较大规模来提供人们的日常生活需要。原子能发电也比较经济，但由于安全问题令人恐惧，也不能迅速普及。火力发电占据着全世界发电量的首要，由于它是利用化学能转变电能的一种装置，在这个转变过程中，大量的煤炭燃烧产生了大量的有害物质排入了大气，给人类生活的基本条件带来了灾难性威胁。现有的水力发电装置，虽属再生性能源利用，但是， 要建造一个全套装置，需要拦河(江)筑坝、修建水库、搬迁移民、修建导流明渠、船闸等配套工程，工程费用高得令人吃惊，以至于有些经济贫困国家修建不起这种工程。另外，这种机组要求制作技术高、造价高、运行中高速叶轮磨损严重、维修费用高等原因，实际运行成本很高。更重要的是，这种水力发电装置是利用流水的落差(水体的势能)进行能量转换的，在一条江河上，不能修建太多的同样装置。风力发电产业发展前景非常广阔，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，但是其效率低，造价昂贵，技术有待改进， 管理不够完善。因此寻求高效、低廉、无危害和环保的新型发电技术迫在眉睫。超临界二氧化碳发电技术是当今国际上新型、高效的洁净煤发电技术之一。CO2被公认为是最环保、最清洁的天然性工质流体。CO2工质不同于传统的能源转换和空调系统中的所使用的含氟、含氯等工质，其地球温暖化指数和臭氧层破坏指数都远远低于目前常用的流体工质。由于目前环境污染、臭氧层破坏以及地球温暖化的日益严重化，欧洲等发达国家已经制定出了淘汰氟氯类在用流体的详细时间表，所以逐步淘汰氟氯工质、采用CO2等天然性工质已成为大势所趋。同时由于CO2特殊的物性等原因，将CO2应用在太阳能转换中， 可以提高能源转换的效率。同时由于超临界流体在某些情况下拥有超强的传热性能，所以该系列技术整体的效率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电效率高、无环境污染的基于超临界二氧化碳的发电系统。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于超临界二氧化碳的发电系统，包括压缩机、集热器、二氧化碳涡轮机、发电机和冷却装置；所述压缩机的出口与所述集热器的入口相连，所述集热器的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连，所述二氧化碳涡轮机的输出端与所述发电机的输入端相连； 所述二氧化碳涡轮机的出口与所述冷却装置的入口相连，所述冷却装置的出口与所述压缩机的入口相连，形成一个循环。上述方案中，所述压缩机的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连。上述方案中，所述发电系统还包括再生热交换器，所述再生热交换器的第一入口与所述压缩机的出口相连，所述再生热交换器的第一出口与所述集热器的入口相连；所述再生热交换器的第二入口与所述二氧化碳涡轮机的出口相连，所述再生热交换器的第二出口与所述冷却装置的入口相连。上述方案中，所述冷却装置为热交换器。上述方案中，所述冷却装置为吸收式冷却器。上述方案中，所述冷却装置为热交换器和吸收式冷却器，所述二氧化碳涡轮机的出口与所述压缩机的入口之间的管路上依次设有吸收式冷却器和热交换器，或者，依次设有热交换器和吸收式冷却器。上述方案中，所述热交换器中的热交换介质为水。上述方案中，所述发电系统采用二氧化碳作为流体工质。上述方案中，所述二氧化碳在80 200大气压、35 600°C温度范围内，进行压缩、加热、膨胀、冷却的封闭循环。上述方案中，所述集热器采用外部热源，所述外部热源为太阳能、工业废热以及燃料产生的热源。与现有技术相比，本发明的技术方案产生的有益效果为本发明利用超临界二氧化碳在封闭的循环中从外部吸热进行热力循环，不但可以发电，还可以为用户提供空调制冷以及热水。本发明与传统的水蒸气发电相比，发电效率高 10% 20%，且本发明系统精巧，结构紧凑，设备费低廉，无环境污染。
图I为本发明实施例提供的基于超临界二氧化碳的发电系统的结构示意图；图2为本发明实施例中二氧化碳的温度及压力变化图；图3为本发明实施例中二氧化碳连续发电的测量数据图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细说明。如图I所示，本发明实施例提供一种基于超临界二氧化碳的发电系统，包括压缩机I、集热器2、二氧化碳涡轮机3、发电机4和冷却装置，其中冷却装置为热交换器6和吸收式冷却器7。压缩机I的出口分为两路，一路直接与二氧化碳涡轮机3的入口相连，另一路与采用外部热源的集热器2的入口相连，集热器2的出口与二氧化碳涡轮机3的入口相连， 二氧化碳涡轮机3的输出端与发电机4的输入端连接。由于所述发电系统采用二氧化碳作为流体工质，二氧化碳经压缩机I加压形成超临界二氧化碳，超临界二氧化碳可直接推动二氧化碳涡轮机3的旋转，从而带动发电机4进行发电，提供清洁的电力；超临界二氧化碳也可以经过集热器2加热形成深超临界状态的二氧化碳，然后深超临界二氧化碳再推动二氧化碳涡轮机3，从而带动发电机4进行发电。上述两种方式均可实现利用二氧化碳进行发电，只是经过加热后的深超临界二氧化碳具有更强的能量，推动二氧化碳涡轮机3进行发电的效果更优。在上述方案的基础上，为了提高能源的利用率，所述发电系统还包括经过再生热交换器5，将二氧化碳涡轮机3的出口与再生热交换器5的入口相连，再生热交换器5的出口依次与吸收式冷却器7和热交换器6相连，热交换器6的出口与压缩机I的入口相连，由此形成一个循环。从二氧化碳涡轮机3出口出来的气态和/或液态的高温的二氧化碳进入再生热交换器5，再生热交换器5吸收此状态二氧化碳的余热，可用来加热初次进入再生热交换器5的超临界二氧化碳，或成为吸收式冷却器7的热源，提供空调制冷功能，还可以进一步在热交换器6中被水冷却，提供热水。此后，二氧化碳被冷却为液态，再次经过压缩机I 的加压，进入集热器2，如此进行热力学循环，就可以从太阳能等外部能源中源源不断地得到电力、空调制冷和热水等，满足不同用户的需求。本实施例中，同时采用了吸收式冷却器7和热交换器6来对从二氧化碳涡轮机3 出口出来的气态和/或液态的高温的二氧化碳进行降温冷却，以便再次对二氧化碳加压， 在实际使用当中，若仅需要为用户提供空调制冷或提供热水，那么可以在再生热交换器5 与压缩机I之间仅设置吸收式冷却器7或热交换器6。本实施例中经过压缩机I加压后的超临界二氧化碳是在80 200大气压、35°C 600°C温度范围内，进行压缩、加热、膨胀、冷却的封闭循环。如图2所示，可看出本发明实施例中二氧化碳相态的变化，根据该相态图来确定二氧化碳相态变化。本实施例中集热器2采用的外部热源为太阳能、工业废热以及煤炭、石油、天然气、生物物质等燃料产生的热源。如图3所示，本发明实施例利用二氧化碳连续发电时，仅靠外部输入的热量可以连续输出大约200瓦的电力。本发明可以作为分布式的能源供应系统，为居民小区、宾馆、饭店、学校以及商业建筑等处提供电力，提供冷暖空调以及热水等。本发明利用超临界二氧化碳发电，其效率比传统的水蒸气发电高10% 20%的效率，而且本发明除了发电以外，还可以提供空调制冷以及热水等；即使在紧急情况下，如电网电力中断、灾害以及其他突发性事件发生时，仍然可以为用户提供电力、冷暖空调以及热水等。由于本发明可以完全地使用免费的能源(太阳能或者废热等)，既清洁环保，无环境污染，也能降低成本，市场的潜力非常巨大。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于包括压缩机、集热器、二氧化碳涡轮机、发电机和冷却装置；所述压缩机的出口与所述集热器的入口相连，所述集热器的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连，所述二氧化碳涡轮机的输出端与所述发电机的输入端相连；所述二氧化碳涡轮机的出口与所述冷却装置的入口相连，所述冷却装置的出口与所述压缩机的入口相连，形成一个循环。
2.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述压缩机的出口与所述二氧化碳涡轮机的入口相连。
3.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述发电系统还包括再生热交换器，所述再生热交换器的第一入口与所述压缩机的出口相连，所述再生热交换器的第一出口与所述集热器的入口相连；所述再生热交换器的第二入口与所述二氧化碳涡轮机的出口相连，所述再生热交换器的第二出口与所述冷却装置的入口相连。
4.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述冷却装置为热交换器。
5.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述冷却装置为吸收式冷却器。
6.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述冷却装置为热交换器和吸收式冷却器，所述二氧化碳涡轮机的出口与所述压缩机的入口之间的管路上依次设有吸收式冷却器和热交换器，或者，依次设有热交换器和吸收式冷却器。
7.如权利要求4或6所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述热交换器中的热交换介质为水。
8.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述发电系统采用二氧化碳作为流体工质。
9.如权利要求8所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述二氧化碳在80 200大气压、35 600°C温度范围内，进行压缩、加热、膨胀、冷却的封闭循环。
10.如权利要求I所述的基于超临界二氧化碳的发电系统，其特征在于所述集热器采用外部热源，所述外部热源为太阳能、工业废热以及燃料产生的热源。
全文摘要
本发明涉及发电系统及方法技术领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳的发电系统。所述发电系统，包括压缩机、集热器、二氧化碳涡轮机、发电机和冷却装置；压缩机的出口与集热器的入口相连，集热器的出口与二氧化碳涡轮机的入口相连，二氧化碳涡轮机的输出端与发电机的输入端相连；二氧化碳涡轮机的出口与冷却装置的入口相连，冷却装置的出口与压缩机的入口相连，形成一个循环。本发明利用超临界二氧化碳在封闭的循环中从外部吸热进行热力循环，不但可以发电，还可以为用户提供空调制冷以及热水。本发明与传统的水蒸气发电相比，发电效率高10％～20％，且本发明系统精巧，结构紧凑，设备费低廉，无环境污染。
文档编号F01K25/10GK102606241SQ20121010398
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者景玉鹏, 王磊 申请人:中国科学院微电子研究所