布雷顿循环发电系统的制作方法

本申请涉及电力领域，尤其涉及一种布雷顿循环发电系统。

背景技术：

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，因此，也叫做超临界二氧化碳(supercriticalcarbondioxide，简称：sco2)布雷顿循环布雷顿循环发电系统。

现有技术中，sco2布雷顿循环布雷顿循环发电系统包括压缩机、加热器、透平、及冷却器。sco2经过压缩机压缩后，再进入加热器中加热，变成高温高压的sco2。高温高压的sco2在透平中进行膨胀做功，膨胀后的sco2压力降低，由透平流出的sco2经过冷却器冷却再次进入压缩机，实现sco2的循环利用。常见的冷却器是采用风冷，例如：通过冷却风扇冷却sco2。

然而，现有风冷式冷却器需要额外动力驱动，进而增加了布雷顿循环发电系统的工作功耗。

技术实现要素：

本申请提供一种布雷顿循环发电系统，以解决现有的sco2布雷顿循环发电系统采用风冷式冷却器，需要额外动力驱动，增加了布雷顿循环发电系统的工作功耗的技术问题。

本实用新型提供一种布雷顿循环发电系统，包括：压缩机、加热器、透平、及冷却器，其中，冷却器包括第一热交换单元和第二热交换单元；

第二热交换单元的第二输入端与第一热交换单元的输出端连接，第二热交换单元的第二输出端与第一热交换单元的输入端连接，第一热交换单元置于地下；

透平的输出端与第二热交换单元的第一输入端连接，第二热交换单元的第一输出端与压缩机的输入端连接，压缩机的输出端与加热器的输入端连接，加热器的输出端与透平的输入端连接。

可选地，第一热交换单元置于地下具体包括：第一热交换单元置于土壤中。

可选地，第一热交换单元置于地下具体包括：第一热交换单元置于地下水源中。

可选地，第一热交换单元置于地下具体包括：第一热交换单元置于地表水源中。

可选地，第一热交换单元还包括：第一热交换管道；

第一热交换管道的输入端与第二热交换单元的第二输出端连接，第一热交换管道的输出端与第二热交换单元的第二输入端连接。

可选地，第二热交换单元还包括：第二热交换管道和第三热交换管道；

第二热交换管道和第三热交换管道相邻布置；透平的输出端与第二热交换管道的输入端连接，第二热交换管道的输出端与压缩机的输入端连接；第三热交换管道的输入端与第一热交换管道的输出端连接，第三热交换管道的输出端与第一热交换管道的输入端连接。

可选地，第一热交换管道、第二热交换管道、及第三热交换管道均呈蛇形分布。

可选地，冷却器还包括：冷却泵；

冷却泵连接于第三热交换管道的输入端与第一热交换管道的输出端之间。

可选地，位于冷却器中冷却介质为：冷却液或者冷却气体。

可选地，系统还包括：回热器；其中，回热器的热输入端与压缩机的输出端连接，回热器的热输出端与加热器的输入端连接，回热器的冷输入端与透平的输出端连接，回热器的冷输出端与第二热交换单元的第一输入端连接。

本申请提供一种布雷顿循环发电系统，该系统包括：压缩机、加热器、透平、及冷却器。其中，冷却器包括第一热交换单元和第二热交换单元，第一热交换单元用于与经过第一输入端流入的工作介质进行热交换。第二热交换单元置于地下，从第二输出端流出且经过热交换后的冷却介质进入第二交换单元，使冷却介质与大地进行热交换。本申请提供的布雷顿循环发电系统将大地作为冷却源，无需提供额外动力驱动冷却器，可减少布雷顿循环发电系统的工作功耗。

附图说明

图1为现有技术中sco2布雷顿循环发电系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的布雷顿循环发电系统的结构示意图；

图3为本申请实施例三提供的布雷顿循环发电系统的结构示意图；

图4为本申请实施例四提供的布雷顿回热循环发电系统的结构示意图；

图5为本申请实施例五提供的布雷顿再压缩循环发电系统的结构示意图。

附图标记说明：

10-压缩机；

20-加热器；

30-透平；

40-冷却器；

50-回热器；

60-再压缩机；

70-低温回热器；

41-第一热交换单元；

42-第二热交换单元；

43-第一热交换管道；

44-第二热交换管道；

45-第三热交换管道；

46-冷却泵。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

布雷顿循环作为一种典型的热力学循环，是由美国科学家布雷顿首次提出的以气体为工质的热力学循环。简单的布雷顿循环气体工质先后经过等熵压缩、等压吸热、等熵膨胀以及等压冷却四个过程实现能量的高效转化。当工质处于超临界状态时，由于避免了工质相态的改变，减少了压缩功的消耗，其循环效率能够得到更大的提升。

任何一种物质都存在三种相态：固态、液态和气态，在一定的温度和压力下，物质的相态会发生变化，从而呈现不同的相态。其中，气态和液态两种相态呈现平衡状态的点叫做临界点，临界点处对应的温度和压力分别叫做临界温度和临界压力，物质在临界点处的状态叫做临界态，若对处于临界态的物质继续升温和加压力，当温度和压力提高超过临界温度和临界压力时，物质就进入了超临界态。

当co2的温度和压力分别达到其临界温度31.1℃和临界压力7.38mpa时，co2将处于超临界状态，介于液体和气体之间，兼具气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，使其具有流动性好、传热效率高、可压缩性小等典型优势，此外，使用sco2作为循环工质还具有工程可实现性好、循环效率高、组件和系统占地面积小、经济效益好等优点，因此，sco2被认为是最具有发展前景的布雷顿循环工质之一。

图1为现有技术中sco2布雷顿循环发电系统的结构示意图。如图1所示，现有的sco2布雷顿循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、及冷却器40。其中，压缩机10的输出端与加热器20的输入端连接，加热器20的输出端与透平30的输入端连接，透平30的输出端与冷却器40的输入端连接，冷却器40的输出端与压缩机10的输入端连接。

当sco2布雷顿循环发电系统工作时，sco2经过压缩机压缩后，再进入加热器中加热，变成高温高压的sco2。高温高压的sco2在透平中进行膨胀做功，膨胀后的sco2压力降低，由透平流出的sco2经过冷却器冷却再次进入压缩机，实现sco2的循环利用。常见的冷却器是采用风冷，例如：通过冷却风扇提供冷却风，冷却风与sco2进行热交换，降低sco2的温度。然而，现有风冷式冷却器需要额外动力驱动，进而增加了布雷顿循环发电系统的工作功耗。

图2为本申请实施例一提供的布雷顿循环发电系统的结构示意图。如图2所示，本实施例一提供的布雷顿循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、及冷却器40。

其中，压缩机10的输出端与加热器20的输入端连接，加热器20的输出端与透平30的输入端连接，透平30的输出端与冷却器40的输入端连接，冷却器40的输出端与压缩机10的输入端连接。

压缩机10用于将工作介质压缩输出高压工作介质，高压工作介质经过加热器20加热后，变成高温高压的工作介质，高温高压的工作介质进入透平30。高温高压的工作介质在透平30中进行膨胀做功，膨胀后的工作介质压力降低，由透平流出的工作介质经过冷却器40冷却再次进入压缩机10，实现工作介质的循环利用。

其中，冷却器40包括第一热交换单元41和第二热交换单元42。其中，透平30的输出端与第二热交换单元42的第一输入端连接，第二热交换单元42的第一输出端与压缩机10的输入端连接，第二热交换单元42的第二输入端与第一热交换单元41的输出端连接，第二热交换单元42的第二输出端与第一热交换单元41的输入端连接，第一热交换单元41置于地下。

其中，由透平30输出的工作介质进入第二热交换单元42，由第一热交换单元41输出的冷却介质进入第二热交换单元42，第二热交换单元42用于实现工作介质和冷却介质之间热交换，第一热交换单元用于让冷却介质与大地之间进行热交换。

其中，第一热交换单元置于土壤中，位于第二热交换单元内的工作介质和位于第二热交换单元内的冷却介质之间进行热交换，再经过热交换之后，冷却介质升温，升温后的冷却介质进入第一热交换单元，与土壤之间进行热交换，以降低冷却介质的温度，冷却后的冷却介质再次进入第二热交换单元内，与第二热交换单元的工作介质进行热交换，如此反复。

还可将第一热交换单元置于地下水源中，或者地表水源中，使处于第一热交换单元的冷却介质与地下水源或者地表水源进行热交换。

下面描述本申请提供的布雷顿循环发电系统的工作原理：工作介质经由第二热交换单元42的第一输入端进入第二热交换单元42，经由第二热交换单元42的第一输出端输出。冷却介质经过第二热交换单元42的第二输入端进入第二热交换单元42，经由第二热交换单元42的第二输出端输出。冷却介质和工作介质在第二热交换单元中进行热交换，冷却介质的温度上升，工作介质的温度下降。

温度升高的冷却介质经由第二热交换单元42的第二输出端流出，经由第一热交换单元41的输入端进入第一热交换单元41，第一热交换单元41置于地下，冷却介质与大地进行热交换，冷却介质温度下降，并经由第一热交换单元41的输出端流出，再次经过第二热交换单元42的第二输入端进入第二热交换单元42，如此反复循环。

在本实施例一提供的布雷顿循环发电系统中，将大地作为冷却源，冷却流经第一热换单元的冷却介质，无需提供额外动力驱动冷却器，可减少布雷顿循环发电系统的工作功耗。

下面重点描述本申请实施例二提供的布雷顿循环发电系统的结构。本实施例二提供的布雷顿循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、及冷却器40。

与图2所示实施例一提供的布雷顿循环发电系统的区别在于：第一热交换单元41还包括：第一热交换管道43，第二热交换单元42还包括：第二热交换管道44和第三热交换管道45。

其中，第二热交换管道44和第三热交换管道相邻布置，透平的输出端与第二热交换管道的输入端连接，第二热交换管道的输出端与压缩机的输入端连接，第三热交换管道的输入端与第一热交换管道的输出端连接，第三热交换管道的输出端与第一热交换管道的输入端连接。

第二热交换管道44和第三热交换管道相邻布置，使得处于第二热交换管道44内的工作介质能与处于第三热交换管道内的工作介质进行热交换。第一热交换管道43置于地下，实现第一热交换管道43与大地进行热交换。

第二热交换管道44和第三热交换管道嵌套布置，也就是第二热交换管道44套于第三热交换管道外部，或者第三热交换管道套于第二热交换管道外部，以提高第二热交换管道44和第三热交换管道之间的热交换效率。进一步地，第一热交换管道、第二热交换管道、及第三热交换管道均呈蛇形分布。可进一步提高第二热交换管道44和第三热交换管道之间的热交换效率。第一热交换管道43与大地之间的热交换效率。

下面描述本申请提供的布雷顿循环发电系统的工作原理：工作介质经由第二热交换管道的输入端进入第二热交换管道，经由第二热交换管道的输出端输出。冷却介质经过第三热交换管道的输入端进入第三热交换管道，经由第三热交换管道的输出端输出。处于第三热交换管道的冷却介质和处于第二热交换管道的工作介质进行热交换，冷却介质的温度上升，工作介质的温度下降。工作介质再次进入压缩机，如此反复循环。

温度升高的冷却介质经由第三热交换管道的输出端流出，经由第一热交换管道的输入端进入第一热交换管道，第一热交换管道的置于地下，冷却介质与大地进行热交换，冷却介质温度下降，并经由第一热交换管道的输出端流出，再次经过第三热交换管道的输入端进入第三热交换管道，如此反复循环。

在本实施例二提供的布雷顿循环发电系统中，将大地作为冷却源，冷却流经第一热换管道的冷却介质，无需提供额外动力驱动冷却器，可减少布雷顿循环发电系统的工作功耗。

图3为本申请实施例三提供的布雷顿循环发电系统的结构示意图。如图3所示，本实施例三提供的布雷顿循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、及冷却器40。

与实施例二提供的布雷顿循环发电系统的区别在于：冷却器还包括：冷却泵。冷却泵连接于第三热交换管道的输入端与第一热交换管道的输出端之间。

冷却泵用于将第一热交换管道输出的冷却介质注入到第三热交换管道中，实现冷却介质在第一热交换管道和第三热交换管道之间循环流动。其中，冷却介质可以为冷却液或者冷却气体。若冷却介质为冷却液，则冷却泵为液压泵，若冷却介质为冷却气体，则冷却泵为气动泵。

下面描述本申请提供的布雷顿循环发电系统的工作原理：工作介质经由第二热交换管道的输入端进入第二热交换管道，经由第二热交换管道的输出端输出。冷却介质经过第三热交换管道的输入端进入第三热交换管道，经由第三热交换管道的输出端输出。处于第三热交换管道的冷却介质和处于第二热交换管道的工作介质进行热交换，冷却介质的温度上升，工作介质的温度下降。工作介质再次进入压缩机，如此反复循环。

温度升高的冷却介质经由第三热交换管道的输出端流出，经由第一热交换管道的输入端进入第一热交换管道，第一热交换管道的置于地下，冷却介质与大地进行热交换，冷却介质温度下降，并经由第一热交换管道的输出端流出，冷却泵将第一热交换管道输出的冷却介质注入到第三热交换管道中，如此反复循环。

在本实施例三提供的布雷顿循环发电系统中，冷却泵将第一热交换管道输出的冷却介质注入到第三热交换管道中，可促进冷却介质在第一热交换管道和第三热交换管道之间循环流动，提高冷却效率。

图4为本申请实施例四提供的布雷顿回热循环发电系统的结构示意图。如图4所示，本实施例四提供的布雷顿循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、及冷却器40。

与图2所示实施例一提供的布雷顿循环发电系统的区别在于：发电系统还包括回热器50。其中，回热器50的热输入端与压缩机10的输出端连接，回热器50的热输出端与加热器20的输入端连接，回热器50的冷输入端与透平30的输出端连接，回热器50的冷输出端与第二热交换单元的第一输入端连接。

其中，回热器50用于对压缩机10加压后的气体进行预热，并将预热后的气体输送给加热器20。回热器50还用于透平30输出的气体进行预冷，并将预冷后的气体输送给冷却器40。回热器50在循环中作用有两个，一个是加热压缩机10出口的工质，提高加热器20的热效率，另一个是降低透平30出口工质的温度，减少冷却器40中冷却介质的使用量，同时降低压缩机10耗功。

下面描述本实施例四提供的布雷顿循环发电系统的工作原理：工作介质经过压缩机10压缩后，再进入回热器50中预热，再进入加热器20中加热，变成高温高压的工作介质。高温高压的工作介质在透平30中进行膨胀做功，膨胀后的工作介质压力降低，由透平30流出的工作介质经过回热器50预冷。

经过预冷的工作介质经由第二热交换单元42的第一输入端进入第二热交换单元42，经由第二热交换单元42的第一输出端输出。冷却介质经过第二热交换单元42的第二输入端进入第二热交换单元42，经由第二热交换单元42的第二输出端输出。冷却介质和工作介质在第二热交换单元中进行热交换，冷却介质的温度上升，工作介质的温度下降。工作介质再次进入压缩机，如此反复循环。

温度升高的冷却介质经由第二热交换单元42的第二输出端流出，经由第一热交换单元41的输入端进入第一热交换单元41，第一热交换单元41置于地下，冷却介质与大地进行热交换，冷却介质温度下降，并经由第一热交换单元41的输出端流出，再次经过第二热交换单元42的第二输入端进入第二热交换单元42，如此反复循环。

本实施例四提供的布雷顿回热循环发电系统，将大地作为冷却源，冷却流经第一热换管道的冷却介质，无需提供额外动力驱动冷却器，可减少布雷顿回热循环发电系统的工作功耗。

图5为本申请实施例五提供的布雷顿再压缩循环发电系统的结构示意图。如图5所示，本实施例五提供的布雷顿再压缩循环发电系统包括压缩机10、加热器20、透平30、冷却器40、以及回热器50。

与图2所示的布雷顿循环发电系统的不同之处在于：再压缩机60和低温回热器70。为了与再压缩机区分，此处将压缩机10称为主压缩机10，为了与回热器50区分，此处将回热器称为高温回热器50。其中，主压缩机10的输出端与低温回热器70的热输入端连接，低温回热器70的热输出端与高温回热器50的热输入端连接，高温回热器50的热输出端与加热器20的输入端连接，加热器20的输出端与透平30的输入端连接。再压缩机60的输入端与低温回热器的冷输出端连接，再压缩机60的输出端与高温回热器50的热输入端连接。

透平30的输出端与高温回热器50的冷输入端连接，高温回热器50的冷输出端与低温回热器70的冷输入端连接，低温回热器70的冷输出端与第二热交换单元的第一输入端连接，第二热交换单元的第一输出端与压缩机的输入端连接。

下面描述本实施例提供的布雷顿再压缩循环发电系统的工作原理：经由透平流出的气体经过回热器和低温回热器两次冷却后，在低温回热器的冷输出端分成两路，一路再次进入再压缩机，压缩成高压气体，另一路经过冷却器再次冷却，再进入压缩机进行压缩，压缩机流出的高压气体从低温回热器的热输入端进入，进行预热，经由低温回热器的热输出端流出气体和经由再压缩机流出气体在回热器汇合，再进入回热器中预热，再进入加热器中加热，变成高温高压的气体。高温高压的气体在透平中进行膨胀做功，膨胀后的气体压力降低。

本实施例五提供的布雷顿再压缩循环发电系统，将大地作为冷却源，冷却流经第一热换管道的冷却介质，无需提供额外动力驱动冷却器，可减少布雷顿回热循环发电系统的工作功耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。