一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统的制作方法

本申请涉及可再生资源发电技术领域，尤其涉及一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统。

背景技术：

现有电力能源的来源主要有火电、水电及核电三种。火电需要煤、石油等化石燃料，导致化石燃料的蕴藏量越来越少，面临枯竭的危险，且化石燃料燃烧会破坏地球环境；水电需要建造水库有崩塌的隐患，也可能破坏生态环境，并且国家的水资源总是有限的；核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样可怕。因此，电力能源的来源现逐步向新能源领域发展。

目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。太阳能发电主要有光热发电和光伏发电两种形式，其中光热发电是按照热力朗肯循环将热能转化为电能的，其能源利用率比光伏发电高，而且设备在制造期间无需提炼重金属或硅，污染少，所以太阳能发电以光热形式为主。

现有的太阳能光热发电系统一般包括给水装置、太阳能集热装置、汽轮机、发电机和冷凝器，给水进入太阳能集热装置后被加热转换为过热蒸汽，过热蒸汽在汽轮机内做功，带动发电机发电。

但太阳能光热发电对太阳能的总辐射强度有一定的要求，对于太阳能资源贫乏区，不适宜开展太阳能光热发电，对于太阳能可利用地区，单独采用太阳能光热发电，热电转化效率低。如果将太阳能与其他可再生资源相结合，组成联合循环发电系统，可提高发电热效率。

技术实现要素：

本申请提供了一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，以解决单独采用太阳能光热发电的热效率低，热力朗肯循环的冷源损失大的问题。

一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，包括水循环系统、有机工质循环系统、第一发电机和第二发电机；

所述水循环系统包括水循环回路和依次设置于所述水循环回路上的太阳聚光集热器、背压式汽轮机和第一蒸发器，其中，所述背压式汽轮机和所述第一发电机连接；

所述有机工质循环系统包括第一有机工质循环回路和第二有机工质循环回路；所述第一有机工质循环回路上设置有所述第一蒸发器和ORC透平，所述第二有机工质循环回路上设置有第二蒸发器和所述ORC透平，其中，所述第二蒸发器内设置有地热水回路，所述ORC透平和所述第二发电机连接。

可选的，所述水循环回路上的所述第一蒸发器和所述太阳聚光集热器之间还设置有凝结水泵。

可选的，所述凝结水泵和所述太阳聚光集热器之间还设置有给水泵。

可选的，所述凝结水泵和所述给水泵之间还设置有除氧器。

可选的，所述第一有机工质循环回路上的所述ORC透平和所述第一蒸发器之间还设置有冷凝器。

可选的，所述第二有机工质循环回路上的所述ORC透平和所述第二蒸发器之间设置有所述冷凝器。

可选的，所述冷凝器内设置有冷却水回路。

可选的，所述第一有机工质循环回路上的所述冷凝器和所述第一蒸发器之间还设置有有机工质循环泵。

可选的，所述第二有机工质循环回路上的所述冷凝器和所述第二蒸发器之间设置有所述有机工质循环泵。

可选的，所述第一有机工质循环回路及所述第二有机工质循环回路内的有机工质为R245fa。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请提供的一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，将利用太阳能发电和地热能发电有机的结合在一起，提高了联合循环发电系统的热效率。具体的，水循环系统中，给水经水循环回路至太阳聚光集热器加热后转变为过热蒸汽，过热蒸汽沿水循环回路至背压式汽轮机，在汽轮机内做功，带动第一发电机发电；有机工质循环系统中，第一有机工质循环回路内，有机工质沿有机工质循环回路至第一蒸发器，经第一蒸发器中背压式汽轮机排汽加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平，在ORC透平内做功，带动第二发电机发电；第二有机工质循环回路内，有机工质沿有机工质循环回路至第二蒸发器，第二蒸发器内的地热水对其进行加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平，在ORC透平内做功，带动第二发电机发电；同时，背压式汽轮机的排汽和ORC透平的有机工质排气会被冷却，继续沿各自的循环回路重复做功。总而言之，本申请提供的联合循环发电系统，充分的利用了地热能，并且减小了热力朗肯循环的冷损失，提高了循环系统的热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统的结构示意图。

附图标记说明：1、水循环系统；2、有机工质循环系统；3、第一发电机；4、第二发电机；5、水循环回路；6、太阳聚光集热器；7、背压式汽轮机；8、第一蒸发器；9、第一有机工质循环回路；10、第二有机工质循环回路；11、ORC透平；12、第二蒸发器；13、地热水回路；14、凝结水泵；15、给水泵；16、除氧器；17、冷凝器；18、冷却水回路；19、有机工质循环泵。

具体实施方式

请参考附图1，该图示出了本申请实施例提供的一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统的结构示意图。

一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，包括水循环系统1、有机工质循环系统2、第一发电机3和第二发电机4。

太阳能光热发电就是利用太阳的辐射热量，将给水转换为蒸汽，蒸汽在汽轮机内做功，带动发电机发电。

本申请实施例设置的水循环系统1和太阳能光热发电的原理相似，都是利用太阳的辐射热量将水转换为过热蒸汽，带动第一发电机3发电；但本申请实施例不仅限于利用太阳能光热发电，在设置有水循环系统1的同时，还设置有有机工质循环系统2。

有机工质循环系统2不仅利用了地热能，也对水循环系统1中汽轮机排汽的热量进行了利用，即是对热力朗肯循环常规冷源损失进行了再利用。具体的，有机工质可利用背压式汽轮机7排汽对其进行加热，也可利用地热水对有机工质进行加热，使有机工质的温度更高，有机工质在ORC透平内做功带动第二发电机4发电。

所述水循环系统1包括水循环回路5和依次设置于所述水循环回路5上的太阳聚光集热器6、背压式汽轮机7和第一蒸发器8，其中，所述背压式汽轮机7和所述第一发电机3连接。

如图1，利用太阳光的热量将水转换为过热蒸汽带动发电机发电，必然有一个前提是设置水循环回路5使水-水蒸气在其内部循环往复运动；在水循环回路5内，水先是以液体的状态运动至太阳聚光集热器6，太阳聚光集热器6聚集的太阳辐射热量对水进行加热，将水转换为过热蒸汽，一般的，过热蒸汽的温度可达到370℃，压力则可达到3.6MPa。然后，过热蒸汽在背压式汽轮机7内做功，带动第一发电机3发电；蒸汽做功后的排汽会从背压式汽轮机7排出，进入第一蒸发器8。

所述有机工质循环系统2包括第一有机工质循环回路9和第二有机工质循环回路10；所述第一有机工质循环回路9上设置有所述第一蒸发器8和ORC透平11，所述第二有机工质循环回路10上设置有第二蒸发器12和所述ORC透平11，其中，所述第二蒸发器12内设置有地热水回路13，所述ORC透平11和所述第二发电机4连接。

如图1，本申请实施例中设置了两个有机工质循环回路，有机工质不仅可利用背压式汽轮机7排汽加热，带动第二发电机4发电；还可通过地热水加热，来带动第二发电机4发电。具体的，第一有机工质循环回路9中，有机工质通过第一蒸发器8，在第一蒸发器8内由背压式汽轮机7的排汽对有机工质进行加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平11，在ORC透平11内做功，带动第二发电机4发电；第二有机工质循环回路10中，有机工质通过第二蒸发器12，第二蒸发器12内地热水回路13中的地热水对有机工质进行加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平11，在ORC透平11内做功，带动第二发电机4发电。其中，ORC透平11用来实现以低沸点有机物为工质的有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)进入其内部机械膨胀做功，从而带动发电机发电。

本申请实施例的水循环系统1充分利用了太阳能；有机工质循环系统2对地热能这种可再生资源也加以利用，并且利用了水循环系统1中做功后汽轮机排汽的热能，减少了热力朗肯循环的冷源损失对其进行了再利用。本申请实施例提供的联合循环发电系统，结合了太阳能与地热能，对地热能这种可再生能源进行了充分利用，提高了循环发电系统的热效率，减轻了其余电力能源的需求压力，同时也为环境保护做出了贡献。

可选的，所述水循环回路5上的所述第一蒸发器8和所述太阳聚光集热器6之间还设置有凝结水泵14。

过热蒸汽在背压式汽轮机7内做功后，背压式汽轮机7会排汽，此部分排汽会继续沿水循环回路5运动，参与下一次的做功、发电。其间，需要通过凝结水泵14将排汽凝结为液态水和新加入的补充水一起被送入太阳聚光集热器，再被转换为过热蒸汽在背压式汽轮机7内做功参与发电，如此来实现循环发电。

可选的，所述凝结水泵14和所述太阳聚光集热器6之间还设置有给水泵15。

如图1，给水泵15用来将从凝结水泵14输送过来的水进行加压后送入太阳聚光集热器6。

可选的，所述凝结水泵14和所述给水泵15之间还设置有除氧器16。

如图1，除氧器16的作用主要是除去给水中溶解的氧气，保证给水的品质，对水循环系统1的正常运行及提高设备传热效果都有益处。

如图1，水循环系统1中，给水经过除氧器16除氧后，给水泵15将给水升压后送入太阳聚光集热器6，给水在太阳聚光集热器6内吸收太阳光热能转换为过热蒸汽，过热蒸汽运动至背压式汽轮机7内做功，背压式汽轮机7带动第一发电机3发电，做功后背压式汽轮机7排汽，排汽经第一蒸发器8换热后变成凝结水，由凝结水泵14送入除氧器16，除氧后的水由给水泵15升压后进入太阳聚光集热器6，再沿水循环回路5依次循环。

可选的，所述第一有机工质循环回路9上的所述ORC透平11和所述第一蒸发器8之间还设置有冷凝器17。

有机工质经冷凝器17冷却后重新开始循环。

可选的，所述第二有机工质循环回路10上的所述ORC透平11和所述第二蒸发器12之间设置有所述冷凝器17。

第二有机工质循环回路10上设置冷凝器17的原因如前第一有机工质循环回路9设置冷凝器17所述。

可选的，所述冷凝器17内设置有冷却水回路18。

如图1，本申请实施例冷凝器17内采用冷却水回路18给有机工质降温。本申请实施例冷却水回路18内的冷却水一般为25℃-30℃左右，经冷却后的有机工质温度会降为30℃-35℃。

可选的，所述第一有机工质循环回路9上的所述冷凝器17和所述第一蒸发器8之间还设置有有机工质循环泵19。

同前述的给水泵15一样，有机工质循环泵19的作用是给第一有机工质循环回路9中的有机工质增加动力，将有机工质送往有机工质循环泵19之后设置的第一蒸发器8。

可选的，所述第二有机工质循环回路10上的所述冷凝器17和所述第二蒸发器12之间设置有所述有机工质循环泵19。

同前述，有机工质循环泵19用来将有机工质送往第二蒸发器12。

可选的，所述第一有机工质循环回路9及所述第二有机工质循环回路10内的有机工质为R245fa。

R245fa属于HFC类有机工质，标准沸点为15.45℃，临界压力：3.65Mpa，临界温度：154℃。它对臭氧层几乎无破坏能力，同时它的温室效应也特别低，不会对环境保护造成负面影响。

在本申请实施例中，具体的，第一有机工质循环回路9中，压力为0.2Mpa左右、温度为30℃-35℃的低压液态R245fa经过有机工质循环泵19增压至1.0Mpa，之后液态R245fa进入第一蒸发器8吸热，转化为中压气态R245fa，温度为80℃-90℃，80℃-90℃的R245fa气体在ORC透平11内膨胀做功带动发电机发电；第二有机工质循环回路10中，地热水回路13充分利用了地热能对R245fa进行加热，0.2Mpa左右、30℃-35℃的低压液态R245fa经过有机工质循环泵19增压至1.0Mpa，之后液态R245fa经过第二蒸发器12内的100℃-110℃的地热水的加热，转化为中压气态R245fa，温度为80℃-90℃，80℃-90℃的R245fa气体在ORC透平11内膨胀做功带动发电机发电。

上述本申请实施例中所述的R245fa在循环系统中的循环状态仅为一种具体示例，联合循环发电系统也可实现合理的其他循环状态，对此本申请实施例不作限制。

本申请实施例提供的利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，有机工质可同时在第一、第二有机工质循环回路内循环往复运动，两路有机工质同时工作，联合系统的灵活性高，在背压式汽轮机7故障的情况下，系统仍可正常工作。

本申请提供的一种利用太阳能与地热能并联的联合循环发电系统，将利用太阳能发电和地热能发电有机的结合在一起，提高了联合循环发电系统的热效率。具体的，水循环系统中，给水经水循环回路至太阳聚光集热器加热后转变为过热蒸汽，过热蒸汽沿水循环回路至背压式汽轮机，在汽轮机内做功，带动第一发电机发电；有机工质循环系统中，第一有机工质循环回路内，有机工质沿有机工质循环回路至第一蒸发器，经第一蒸发器中背压式汽轮机排汽加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平，在ORC透平内做功，带动第二发电机发电；第二有机工质循环回路内，有机工质沿有机工质循环回路至第二蒸发器，第二蒸发器内的地热水对其进行加热，经加热后的有机工质运动至ORC透平，在ORC透平内做功，带动第二发电机发电；同时，背压式汽轮机的排汽和ORC透平的有机工质排气会被冷却，继续沿各自的循环回路重复做功。总而言之，本申请提供的联合循环发电系统，充分的利用了地热能，并且减小了热力朗肯循环的冷损失，提高了循环系统的热效率。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。