本發(fā)明涉及二氧化碳工質(zhì)太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電，尤其涉及一種超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

1、超臨界二氧化碳工質(zhì)循環(huán)發(fā)電技術(shù)作為一種效率高、緊湊性好的新型發(fā)電技術(shù)，得到了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的廣泛關(guān)注，可完成太陽光熱到電能的高效轉(zhuǎn)換。

2、但在現(xiàn)有的超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)中，通常存在系統(tǒng)的發(fā)電效率低的缺陷。例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?02110582018.7的發(fā)明專利中，通過壓縮機(jī)將二氧化碳工質(zhì)壓縮到高壓和高溫狀態(tài)，在儲(chǔ)存罐中儲(chǔ)存，通過透平發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)發(fā)電。在申請(qǐng)?zhí)枮?02210421888.0的發(fā)明專利中，通過壓縮機(jī)將二氧化碳工質(zhì)壓縮成為高壓高溫超臨界工質(zhì)，經(jīng)過分流再壓后通過透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電，由于二氧化碳?xì)怏w和超臨界狀態(tài)壓縮時(shí)耗能巨大，導(dǎo)致上述循環(huán)系統(tǒng)對(duì)外發(fā)電時(shí)的發(fā)電效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)和控制方法，以解決現(xiàn)有的超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)發(fā)電效率低的問題。

2、本發(fā)明提供了一種超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，包括主循環(huán)回路和熱泵循環(huán)回路：

3、所述主循環(huán)回路包括順時(shí)針閉環(huán)連接的透平膨脹機(jī)1、第一電磁閥3、制熱水冷換熱器4、蒸發(fā)換熱器5中的第一通道51、低壓儲(chǔ)液罐6、輸送增壓泵7、高壓儲(chǔ)液罐8、冷凝換熱器10中的第三通道101、加熱罐11、第二電磁閥14，透平膨脹機(jī)1與發(fā)電機(jī)2連接，加熱罐11中設(shè)置有熔鹽儲(chǔ)熱罐12且加熱罐11通過太陽光熱聚焦裝置13加熱，所述主循環(huán)回路中循環(huán)流動(dòng)的工質(zhì)為二氧化碳；

4、所述熱泵循環(huán)回路包括逆時(shí)針閉環(huán)連接的熱泵壓縮機(jī)15、冷凝換熱器10中的第四通道102、膨脹閥16、蒸發(fā)換熱器5中的第二通道52，所述熱泵循環(huán)回路中循環(huán)流動(dòng)的工質(zhì)為熱泵工質(zhì)；

5、其中，第一通道51與第二通道52換熱，第三通道101與第四通道102換熱。

6、進(jìn)一步的，熔鹽儲(chǔ)熱罐12在有太陽光照條件下吸收熱能，在無太陽光照條件下釋放熱能加熱二氧化碳工質(zhì)。

7、進(jìn)一步的，所述熱泵工質(zhì)為丙烷。

8、進(jìn)一步的，高壓儲(chǔ)液罐8和冷凝換熱器10之間還設(shè)置有水循環(huán)換熱器9，水循環(huán)換熱器9的進(jìn)水口與低品位熱能水相接，所述低品位熱能水的溫度高于二氧化碳的臨界溫度。

9、本發(fā)明還提供了一種控制方法，應(yīng)用于上述設(shè)置有水循環(huán)換熱器9的超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，在主循環(huán)回路中，所述控制方法包括：

10、第一通道51中的二氧化碳工質(zhì)被第二通道52的熱泵工質(zhì)吸收熱能后成為低溫液體并流入低壓儲(chǔ)液罐6中，再經(jīng)輸送增壓泵7增壓輸送到高壓儲(chǔ)液罐8中，得到高壓低溫液態(tài)的二氧化碳工質(zhì)，增壓后的二氧化碳工質(zhì)的壓力大于二氧化碳的臨界壓力；

11、高壓低溫液態(tài)的二氧化碳工質(zhì)流入水循環(huán)換熱器9中吸收熱能，液態(tài)二氧化碳工質(zhì)溫度會(huì)升高，如果工質(zhì)溫度升高到二氧化碳臨界溫度以上，就會(huì)成為超臨界二氧化碳工質(zhì)；否則，仍然為液態(tài)工質(zhì)。

12、二氧化碳工質(zhì)進(jìn)入熱泵冷凝換熱器10的第三通道101并吸收第四通道102中熱泵工質(zhì)的熱能進(jìn)一步升溫到超臨界狀態(tài)；

13、升溫后的超臨界二氧化碳工質(zhì)進(jìn)入到加熱罐11中進(jìn)一步加熱后得到高溫（400℃以上）高壓超臨界二氧化碳工質(zhì)，之后進(jìn)入透平膨脹機(jī)1做功，以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電；

14、經(jīng)透平膨脹機(jī)1做功后通過排氣口排出的高溫二氧化碳工質(zhì)依次輸送至制熱水冷換熱器4和熱泵蒸發(fā)換熱器5的第一通道51中降溫液化形成循環(huán)。

15、進(jìn)一步的，在熱泵循環(huán)回路中，所述控制方法包括：

16、當(dāng)熱泵壓縮機(jī)15運(yùn)行時(shí)，低溫（5℃以下）低壓氣態(tài)的熱泵工質(zhì)通過壓縮機(jī)回氣管被吸入熱泵壓縮機(jī)15內(nèi)部壓縮，得到高溫（100℃上下）高壓氣態(tài)的熱泵工質(zhì)；

17、高溫高壓氣態(tài)的熱泵工質(zhì)進(jìn)入熱泵冷凝換熱器10中的第四通道102與第三通道101中的二氧化碳工質(zhì)進(jìn)行換熱，102通道內(nèi)的熱泵工質(zhì)溫度會(huì)降低并冷凝成液態(tài)；101通道內(nèi)的二氧化碳工質(zhì)的溫度將會(huì)升高到二氧化碳臨界點(diǎn)以上成為超臨界二氧化碳工質(zhì)。

18、低溫（50℃以下）高壓液態(tài)的熱泵工質(zhì)進(jìn)入膨脹閥16節(jié)流，成為低溫低壓液態(tài)的熱泵工質(zhì)；

19、低溫低壓液態(tài)的熱泵工質(zhì)進(jìn)入熱泵蒸發(fā)換熱器5的第二通道52并吸收第一通道51中二氧化碳工質(zhì)的熱能進(jìn)行低溫（5℃以下）蒸發(fā)；

20、低溫蒸發(fā)后的氣態(tài)熱泵工質(zhì)通過回氣管被吸入熱泵壓縮機(jī)15內(nèi)部壓縮形成循環(huán)。

21、進(jìn)一步的，所述控制方法還包括：通過調(diào)節(jié)第二電磁閥14的開度來控制發(fā)電機(jī)2的發(fā)電功率。

22、進(jìn)一步的，所述控制方法還包括：通過控制水循環(huán)換熱器9出水口的水流量，以供應(yīng)冷水（20℃以下）。

23、有益技術(shù)效果：

24、本發(fā)明將主循環(huán)回路中的二氧化碳工質(zhì)在經(jīng)過透平膨脹機(jī)發(fā)電并通過水冷換熱器降溫，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了制熱功能，再通過與獨(dú)立的熱泵循環(huán)回路換熱來實(shí)現(xiàn)二氧化碳的液化，并通過輸送增壓泵將液態(tài)二氧化碳工質(zhì)進(jìn)行升壓和輸送，一方面，由于液態(tài)二氧化碳工質(zhì)壓力提升以后，增壓前后的焓差很小，輸送增壓泵的功耗?。涣硪环矫?，熱泵壓縮機(jī)循環(huán)回路只是將主回路二氧化碳工質(zhì)經(jīng)過水冷換熱器降溫后的工質(zhì)中少量的熱能回收，實(shí)現(xiàn)二氧化碳工質(zhì)液化，熱泵壓縮機(jī)消耗的電能等于熱泵蒸發(fā)換熱器吸收的熱能除以熱泵制冷能效系數(shù)cop（制冷量/壓縮機(jī)輸入功率），通常該熱泵的制冷能效系數(shù)cop在2.0以上，相應(yīng)的熱泵壓縮機(jī)的耗能很小，這樣就實(shí)現(xiàn)了二氧化碳工質(zhì)低能耗增壓和低能耗液化，相應(yīng)地提高了整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的對(duì)外發(fā)電能力。此外，熱泵循環(huán)回路也實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化碳工質(zhì)余熱回收，同樣也達(dá)到了減少能耗的效果。綜上可知，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的對(duì)外發(fā)電效率將高于現(xiàn)有的基于布雷頓超臨界二氧化碳透平發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)。

25、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，包括主循環(huán)回路和熱泵循環(huán)回路：

2.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，熔鹽儲(chǔ)熱罐（12）在有太陽光照條件下吸收熱能，在無太陽光照條件下釋放熱能加熱二氧化碳工質(zhì)。

3.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵工質(zhì)為丙烷。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，高壓儲(chǔ)液罐（8）和冷凝換熱器（10）之間還設(shè)置有水循環(huán)換熱器（9），水循環(huán)換熱器（9）的進(jìn)水口與低品位熱能水相接，所述低品位熱能水的溫度高于二氧化碳的臨界溫度。

5.一種控制方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求4所述的超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)，在主循環(huán)回路中，所述控制方法包括：

6.如權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，在熱泵循環(huán)回路中，所述控制方法包括：

7.如權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，還包括：

8.如權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超臨界二氧化碳太陽光熱儲(chǔ)能發(fā)電制熱循環(huán)系統(tǒng)和控制方法，系統(tǒng)中主循環(huán)回路包括順時(shí)針閉環(huán)連接的透平膨脹機(jī)、第一電磁閥、制熱水冷換熱器、蒸發(fā)換熱器中的第一通道、低壓儲(chǔ)液罐、輸送增壓泵、高壓儲(chǔ)液罐、冷凝換熱器中的第三通道、加熱罐、第二電磁閥；熱泵循環(huán)回路包括逆時(shí)針閉環(huán)連接的熱泵壓縮機(jī)、冷凝換熱器中的第四通道、膨脹閥、蒸發(fā)換熱器中的第二通道，透平膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，熱泵循環(huán)回路中循環(huán)流動(dòng)的工質(zhì)為熱泵工質(zhì)。主循環(huán)回路中的二氧化碳工質(zhì)在完成發(fā)電和制熱后，通過熱泵循環(huán)回路換熱來實(shí)現(xiàn)液化二氧化碳和回收余熱，采用輸送增壓泵將液態(tài)二氧化碳工質(zhì)進(jìn)行增壓輸送，實(shí)現(xiàn)低能耗增壓提高發(fā)電能力。

技術(shù)研發(fā)人員：李建國,趙密升,梁芝瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東紐恩泰新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15