CN113864142B - 一种地热和余热与光热耦合发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热和余热与光热耦合发电系统，包括发电热源和ORC发电系统；所述ORC发电系统与发电热源之间形成循环换热回路；所述发电热源内循环工质与ORC发电系统内循环工质之间经过循环换热回路进行热量交换；所述ORC发电系统内ORC发电装置通过交换的热量发电；所述ORC发电装置包括蒸发器和预热器，且所述蒸发器与预热器串联设置；所述蒸发器和预热器处于循环换热回路上。本发明提供一种地热和余热与光热耦合发电系统能有效的达到中低温光热、地热和余热资源的充分可持续利用的效果。
Description
技术领域
本发明涉及地热和余热与光热耦合发电领域。
背景技术
有机朗肯循环发电装置利用有机工质(如R134a、R245fa等)低沸点特性，在低温条件(80-300℃)下可以获得较高的蒸气压力，推动膨胀机做功，驱动发电机发电，从而实现低品位热能到高品位电能的转换；太阳能受气候、昼夜的影响很大，发电极不恒定。因此必须配有储能装置，这不仅增加了技术上的困难，也使造价增加。目前虽然已经制成多种电池储能系统，但造价昂贵，且电池处理带来环境污染问题。通过地热和余热分别与光热配合耦合的方式，来达到中低温的充分可持续利用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种地热和余热与光热耦合发电系统能有效的达到中低温光热、地热和余热资源的充分可持续利用的效果。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种地热和余热与光热耦合发电系统，包括发电热源和ORC发电系统；所述ORC发电系统与发电热源之间形成循环换热回路；所述发电热源内循环工质与ORC发电系统内循环工质之间经过循环换热回路进行热量交换；所述ORC发电系统内ORC发电装置通过交换的热量发电；所述ORC发电装置包括蒸发器和预热器，且所述蒸发器与预热器串联设置；所述蒸发器和预热器处于循环换热回路上。
进一步的，所述发电热源包括光热蒸发系统和地热系统；所述光热蒸发系统和地热系统分别通过蒸发器和预热器进行热量交换；所述地热系统的地热出水井通过预热器与地热系统的地热回灌井连通循环。
进一步的，所述发电热源包括光热蒸发系统和余热系统；所述光热蒸发系统和余热系统分别通过蒸发器和预热器进行热量交换或所述光热蒸发系统和余热系统分别通过预热器和蒸发器进行热量交换，且所述余热系统的余热热源输入对应通过预热器或蒸发器与余热系统的余热热源返回连通循环。
进一步的，所述余热系统的热源可以为热水、蒸汽和工艺过程流体介质。
进一步的，所述光热蒸发系统包括光热集热器、储热装置和泵；所述光热集热器出口分别连通于储热装置和蒸发器入口，且设置有第一调节阀和第二调节阀；所述储热装置出口连通于蒸发器入口，且设置有第三截止阀；所述蒸发器出口通过泵分别连通于光热集热器和储热装置入口，且对应设置有第一截止阀和第二截止阀；所述蒸发器和泵之间设置有膨胀箱；所述储热装置内储热介质可以为热融盐、固体岩石/水泥、导热油和水。
进一步的，所述光热集热器集热温度高于n，所述储热装置出口处的分配调节阀调节分配导热油流出储热装置；所述光热集热器集热温度低于n，所述储热装置出口处的分配调节阀调节分配水流出储热装置。
进一步的，所述ORC发电装置还包括透平、发电机、冷凝器和工质泵；所述蒸发器出口依次串联透平、冷凝器和工质泵至预热器入口循环；所述蒸发器与透平之间设置有透平阀门；所述透平通过发电机驱动。
进一步的，所述蒸发器出口通过透平旁通阀门与冷凝器连通，所述旁通阀门和透平阀门并联。
进一步的，所述冷凝器可以采用风冷、水冷或蒸发冷冷凝换热器。
进一步的，还包括回热器；所述回热器串联设置于透平与冷凝器之间，且所述工质泵出口连通于回热器；所述工质泵流出的循环工质返回流过回热器后流入预热器中。
有益效果：本发明的发电热源能够提升ORC发电装置的蒸发温度和蒸发压力，提高光热和地热(或余热)的耦合发电效率，经济效益高；光热蒸发系统的储热装置能够使光热集热器收集的热量持续加热蒸发器，使系统发电稳定，有效避免了光热发电的间断性；预热系统为ORC发电装置的预热器提供热量，能进一步提高ORC发电装置的蒸发温度，提高热电转换效率。透平旁通模式使有机朗肯循环发电装置在不输出电力的情况下，也能保持有机朗肯循环的运行，持续完成预热和蒸发系统的热量冷却，进一步保证了整个系统的稳定性。
附图说明
附图1为地热和光热耦合发电系统结构图；
附图2为地热和光热耦合发电系统的回热器结构图；
附图3为余热与光热耦合光热蒸发系统配合蒸发器的结构图；
附图4为余热与光热耦合光热蒸发系统配合蒸发器发电系统的回热器结构图；
附图5为余热与光热耦合光热蒸发系统配合预热器的结构图；
附图6为余热与光热耦合光热蒸发系统配合预热器发电系统的回热器结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-6：一种地热和余热与光热耦合发电系统，包括发电热源和ORC发电系统；所述ORC发电系统与发电热源之间形成循环换热回路；所述发电热源内循环工质与ORC发电系统内循环工质之间经过循环换热回路进行热量交换；所述ORC发电系统内ORC发电装置通过交换的热量发电；所述ORC发电装置包括蒸发器2和预热器1，且所述蒸发器2与预热器1串联设置；所述蒸发器2和预热器1处于循环换热回路上。达到中低温热源的充分可持续利用。
所述发电热源包括光热蒸发系统和地热系统；所述光热蒸发系统和地热系统分别通过蒸发器2和预热器1进行热量交换；所述地热系统的地热出水井7通过预热器1与地热系统的地热回灌井8连通循环。
所述发电热源包括光热蒸发系统和余热系统；所述光热蒸发系统和余热系统分别通过蒸发器2和预热器1进行热量交换或所述光热蒸发系统和余热系统分别通过预热器1和蒸发器进行热量交换，且所述余热系统的余热热源输入71对应通过预热器1或蒸发器2与余热系统的余热热源返回81连通循环。
所述余热系统的热源可以为热水、蒸汽和工艺过程流体介质；很好的利用余热热源。
第一实施例：光热和地热耦合时，光热蒸发系统与蒸发器连接；
第二实施例：光热和余热耦合时，光热蒸发系统与蒸发器连接，与第一实施例相同如下：
所述光热蒸发系统包括光热集热器10、储热装置11和泵9；所述光热集热器10出口分别连通于储热装置11和蒸发器2入口，且设置有第一调节阀16和第二调节阀17；所述储热装置11出口连通于蒸发器2入口，且设置有第三截止阀18；所述蒸发器2出口通过泵9分别连通于光热集热器10和储热装置11入口，且对应设置有第一截止阀14和第二截止阀15；所述蒸发器2和泵9之间设置有膨胀箱19；膨胀箱的作用，在光热预热系统主要维持管道及设备的压力稳定，防止温度变化体积膨胀引起系统内的压力突变；所述储热装置11内储热介质可以为热融盐、固体岩石/水泥、导热油和水。
第三实施例：光热和余热耦合时，光热蒸发系统与预热器连接，则所述光热集热器10出口分别连通于储热装置11和预热器1入口，且设置有第一调节阀16和第二调节阀17；所述储热装置11出口连通于预热器1入口，且设置有第三截止阀18；所述预热器1出口通过泵9分别连通于光热集热器10和储热装置11入口，且对应设置有第一截止阀14和第二截止阀15；所述预热器1和泵9之间设置有膨胀箱19。
所述光热集热器10集热温度高于n，所述储热装置11出口处的分配调节阀调节分配导热油流出储热装置11；所述光热集热器10集热温度低于n，所述储热装置11出口处的分配调节阀调节分配水流出储热装置11。利用分配调节阀分配导热油(或水)的流量，使储热装置储备足够的热量，以满足夜间或气候引起的光热不足情况；当光热蒸发系统与地热耦合发电，集热温度大于150℃时采用导热油，集热温度小于150℃时采用水，则n为150°；当光热蒸发系统与余热系统耦合，集热温度大于100℃时采用导热油，集热温度小于100℃时采用水介质循环，则n为100℃。
所述ORC发电装置还包括透平3、发电机4、冷凝器5和工质泵6；所述蒸发器2出口依次串联透平3、冷凝器5和工质泵6至预热器1入口循环；所述蒸发器2与透平3之间设置有透平阀门12；所述透平3通过发电机4驱动。
所述蒸发器2通过透平旁通阀门13与冷凝器5连通，所述旁通阀门13和透平阀门12并联。ORC发电装置中的透平阀门和透平旁通阀门的启闭能够实现ORC发电装置的旁通/透平发电模式的转换。当透平旁通阀门关闭，透平阀门开启时，ORC发电装置进入透平发电模式，透平-发电机开始工作，输出电力；当透平旁通阀门开启，透平阀门关闭时，ORC发电装置进入旁通模式，有机工质经过透平-发电机，不再输出电力，但可以持续冷却光热蒸发系统和地热预热系统的热量，保证系统稳定运行。所述冷凝器5可以采用风冷、水冷或蒸发冷冷凝换热器。
还包括回热器20；所述回热器20串联设置于透平3与冷凝器5之间，且所述工质泵6出口连通于回热器20；所述工质泵6流出的循环工质返回流过回热器20后流入预热器1中。回热器进一步提高了光热和地热耦合发电系统的发电效率。
发电热源能够提升ORC发电装置的蒸发温度和蒸发压力，提高光热和地热或余热和光热的耦合发电效率，经济效益高；光热蒸发系统的储热装置能够使光热集热器收集的热量持续加热蒸发器或预热器，使系统发电稳定，有效避免了光热发电的间断性；预热系统为ORC发电装置的预热器提供热量，能进一步提高ORC发电装置的蒸发温度，提高热电转换效率；透平旁通模式使有机朗肯循环发电装置在不输出电力的情况下，也能保持有机朗肯循环的运行，持续完成预热和蒸发系统的热量冷却，进一步保证了整个系统的稳定性。
以上是本发明的优选实施方案，相对于本领域普通技术人员，在不脱离本发明原理的情况下还可以做出若干改进和修改，这些改进和修改还视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：包括发电热源和ORC发电系统；所述ORC发电系统与发电热源之间形成循环换热回路；所述发电热源内循环工质与ORC发电系统内循环工质之间经过循环换热回路进行热量交换；所述ORC发电系统内ORC发电装置通过交换的热量发电；所述ORC发电装置包括蒸发器（2）和预热器（1），且所述蒸发器（2）与预热器（1）串联设置；所述蒸发器（2）和预热器（1）处于循环换热回路上；
所述发电热源包括光热蒸发系统和余热系统；所述光热蒸发系统和余热系统分别通过蒸发器（2）和预热器（1）进行热量交换或所述光热蒸发系统和余热系统分别通过预热器（1）和蒸发器进行热量交换，且所述余热系统的余热热源输入（71）对应通过预热器（1）或蒸发器（2）与余热系统的余热热源返回（81）连通循环；
或者所述发电热源包括光热蒸发系统和地热系统；所述光热蒸发系统和地热系统分别通过蒸发器（2）和预热器（1）进行热量交换；所述地热系统的地热出水井（7）通过预热器（1）与地热系统的地热回灌井（8）连通循环；
所述光热蒸发系统包括光热集热器（10）、储热装置（11）和泵（9）；所述光热集热器（10）出口分别连通于储热装置（11）和蒸发器（2）或预热器（1）入口，且设置有第一调节阀（16）和第二调节阀（17）；所述储热装置（11）出口连通于蒸发器（2）或预热器（1）入口，且设置有第三截止阀（18）；所述蒸发器（2）或预热器（1）出口通过泵（9）分别连通于光热集热器（10）和储热装置（11）入口，且对应设置有第一截止阀（14）和第二截止阀（15）；所述蒸发器（2）或预热器（1）和泵（9）之间设置有膨胀箱（19）；所述储热装置（11）内储热介质为热融盐、固体岩石/水泥、导热油和水；
所述光热集热器（10）集热温度高于n，所述储热装置（11）出口处的分配调节阀调节分配导热油流出储热装置（11）；所述光热集热器（10）集热温度低于n，所述储热装置（11）出口处的分配调节阀调节分配水流出储热装置（11）。
2.根据权利要求1所述的一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：所述余热系统的热源为热水、蒸汽和工艺过程流体介质。
3.根据权利要求1所述的一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：所述ORC发电装置还包括透平（3）、发电机（4）、冷凝器（5）和工质泵（6）；所述蒸发器（2）出口依次串联透平（3）、冷凝器（5）和工质泵（6）至预热器（1）入口循环；所述蒸发器（2）与透平（3）之间设置有透平阀门（12）；所述透平（3）驱动发电机（4）发电。
4.根据权利要求3所述的一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：所述蒸发器（2）出口通过透平旁通阀门（13）与冷凝器（5）连通，所述旁通阀门（13）和透平阀门（12）并联。
5.根据权利要求4所述的一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：所述冷凝器（5）采用风冷、水冷或蒸发冷冷凝换热器。
6.根据权利要求5所述的一种地热或余热与光热耦合发电系统，其特征在于：还包括回热器（20）；所述回热器（20）串联设置于透平（3）与冷凝器（5）之间，且所述工质泵（6）出口连通于回热器（20）；所述工质泵（6）流出的循环工质返回流过回热器（20）后流入预热器（1）中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liang Longhui Inventor after: Zhang Danshan Inventor after: Zhong Wei Inventor before: Zhang Danshan Inventor before: Zhong Wei |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: Room 601, 602, 603, Building A5-1, Qidi Science and Technology City Liye Park, No. 26, Zhizhi Road, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu, 210000 Applicant after: Nanjing Hongxu Thermal Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 123 Xingyuan Road, Changjing Town, Jiangyin, Wuxi, Jiangsu Province Applicant before: Jiangyin Hong Xu environmental protection electric technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |