[發明專利]用于帶有飽和液體儲存的集中太陽能功率系統的有機朗肯循環和方法

無效

• 申請號: 201280016237.8
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103597208A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: B.科薩馬納;S.特;S.穆尼亞拉
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內有限公司
• 主分類號: F03G6/00
• 分類號: F03G6/00;F03G6/06;F01K25/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;何逵游

技術領域

本發明的實施例大體上涉及發電系統，并且更特別地涉及具有太陽能功率源和飽和液體儲存的有機朗肯循環(ORC)系統。

背景技術

朗肯循環使用封閉循環中的有機工作流體從加熱源或熱貯存器收集熱量并通過使熱氣態流通過渦輪或膨脹器膨脹而產生功率。膨脹的流通過將熱量傳遞到冷貯存器而在冷凝器中冷凝，并且再次泵送至加熱壓力而完成循環。已知太陽能功率源被用作加熱源或熱貯存器。例如，集中太陽能功率(CSP)系統使用透鏡或反射鏡和跟蹤系統將大面積的陽光會聚成小光束。集中的熱量接著被用作常規發電站用的熱源。存在各種集中技術。最先進的是拋物面、集中線性菲涅爾反射器、斯特林碟和太陽能塔。各種技術被用來跟蹤太陽和會聚光。在所有這些系統中，工作流體被集中的陽光加熱，且然后用于發電或能量儲存。

參照圖1討論一般的ORC系統。圖1示出發電系統10，其包括也稱為鍋爐的熱交換器2、渦輪4、冷凝器6和泵8。穿過始于熱交換器2的該閉環系統，外部熱源3(例如，熱煙氣)加熱熱交換器2。這造成接收的加壓液體介質12被轉化為流至渦輪4的加壓蒸氣14。渦輪4接收加壓蒸氣流14并可在加壓蒸氣膨脹時產生功率16。由渦輪4釋放的膨脹的低壓蒸氣流18進入冷凝器6，其將膨脹的低壓蒸氣流18冷凝成低壓液體流20。低壓液體流20接著進入泵8，其既產生高壓液體流12又保持閉環系統流動。高壓液體流12接著被泵送至熱交換器2以繼續該過程。

可在朗肯循環中使用的一種工作流體是有機工作流體。此類有機工作流體被稱為ORC流體。ORC系統已部署為發動機以及小型和中型燃氣渦輪的改型設備，以從熱煙氣流中捕獲廢熱。該廢熱可在二級發電系統中用來產生在由單獨產生熱煙氣的發動機輸送的功率之上多達額外20%的功率。

隨著太陽能功率源的發展，ORC循環已被應用至如所描述的系統。例如，在圖2中，存在系統30，其具有太陽能收集器32、帶有換熱冷凝器34的蒸汽發動機、用于工作流體的儲罐36以及用于將工作流體輸送至太陽能收集器32的泵38。太陽能收集器32配有在其入口處用于由泵38從儲罐36泵送至上罐42的ORC工作流體的高度調節閥40。汽化的ORC工作流體從太陽能收集器32提供至可連接到發電機46的蒸汽渦輪44。

然而，現有的太陽能功率系統不是高效的。此外，當沒有太陽時，現有的太陽能功率系統在產生能量方面有困難。因此，用于提高發電系統中ORC系統的效率的系統和方法是所期望的。

發明內容

根據本發明的實施例，提供了一種用于使用有機朗肯循環(ORC)和ORC流體產生能量的閉環系統。該系統包括：第一太陽能功率源，其被構造成將ORC液體加熱成飽和的ORC液體；第二太陽能功率源，其流體地連接到第一太陽能功率源且被構造成使飽和的ORC液體汽化而變成ORC蒸氣；以及渦輪機，其被構造成接收ORC蒸氣并通過使ORC蒸氣膨脹而產生機械能。

根據本發明的實施例，提供了一種用于使用有機朗肯循環(ORC)和ORC流體產生能量的閉環系統。該系統包括：渦輪機，其被構造成將熱量轉化為機械能；換熱器，其流體地連接到渦輪機的輸出且被構造成從汽化的ORC流體去除熱量；冷卻裝置，其流體地連接到換熱器且被構造成將汽化的ORC流體轉化回ORC液體；泵，其流體地連接在冷卻裝置與換熱器之間且被構造成將ORC液體泵送至換熱器；第一太陽能功率源，其被構造成通過加熱而將ORC液體轉化為飽和的ORC液體；以及第二太陽能功率源，其流體地連接到第一太陽能功率源且被構造成使飽和的ORC液體汽化而變成ORC蒸氣，其中渦輪機被構造成從第二太陽能功率源接收ORC蒸氣。

根據本發明的另一實施例，提供了一種使用有機朗肯循環(ORC)產生能量的方法。該方法包括：將ORC液體通過在第一太陽能功率源內加熱而在閉環系統中轉化成飽和的ORC液體；將飽和的ORC液體儲存在儲罐中；控制飽和的ORC液體到第二太陽能功率源或用于將飽和的ORC液體轉化成ORC蒸氣的另一裝置的流動；使ORC蒸氣在渦輪機中膨脹以產生能量；以及冷卻ORC蒸氣以將其變回ORC液體并使ORC液體返回至第一太陽能功率源。

附圖說明

在參照附圖閱讀以下描述之后，本發明的實施例對本領域技術人員將更加顯而易見，在附圖中：

圖1是ORC循環的示意圖；

圖2是與太陽能功率源一起使用的ORC循環配置的示意圖；

圖3是根據本發明的示例性實施例的與太陽能功率源一起使用的ORC循環配置的示意圖；