[發明專利]一種低品位熱能的循環發電實驗平臺

有效

• 申請號: 201510041920.2
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104747316B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 潘利生;魏小林;李博;李騰
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于能源利用的技術領域，具體地涉及一種低品位熱能的循環發電實驗平臺。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展和化石能源的不斷減少，能源供給面臨越來越嚴峻的問題。由于低品位熱能分布廣泛、儲量巨大，越來越受到重視。低品位熱能主要包括低溫地熱能、低溫太陽熱能和低溫工業余熱廢熱能。與高品位熱能相比，低品位熱能利用效率低下、技術復雜且仍不夠成熟。采用非常規工質的動力循環具有高效利用低品位熱能的潛力，被廣泛關注的非常規工質包括CO₂、NH₃及有機工質。

CO₂相比其他非常規工質具有眾多優點，如零ODP值、低GWP值、無毒、不可燃。處于超臨界狀態的CO₂，其物性介于液體與氣體之間。其密度比一般氣體要大兩個數量級，與液體相近。其粘度比液體小，但擴散速度比液體快(約兩個數量級)，所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數隨壓力而急劇變化(如介電常數增大有利于溶解一些極性大的物質)。CO₂跨臨界動力循環中，超臨界工質換熱過程不存在定溫吸熱過程，工質溫度變化與熱源溫度變化具有良好的匹配性。

因此，CO₂跨臨界動力循環是一種具有發展潛力的動力循環，具有高效利用熱能的優點。但是，目前還沒有采用超臨界狀態的CO₂進行循環發電的報道。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其在實驗室中實現了采用CO₂為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO₂跨臨界動力循環技術的進一步發展。

本發明的技術解決方案是：這種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其包括導熱油循環子系統、CO₂循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統，CO₂循環子系統包括CO₂柱塞泵、超臨界加熱器、CO₂膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，CO₂依次流經CO₂柱塞泵、超臨界加熱器、CO₂膨脹機、冷凝器，CO₂膨脹機、發電機、負載依次連接。

本發明通過導熱油循環子系統加熱CO₂循環子系統中的CO₂，通過冷卻水循環子系統冷卻CO₂循環子系統中的CO₂，從而實現CO₂膨脹機膨脹做功，推動發電機發電，并由負載消耗電能，因此在實驗室中實現了采用CO₂為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO₂跨臨界動力循環技術的進一步發展。

附圖說明

圖1是根據本發明的CO2跨臨界動力循環狀態示意圖；

圖2是根據本發明的低品位熱能的循環發電實驗平臺的結構示意圖。

具體實施方式

如圖2所示，這種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其包括導熱油循環子系統、CO₂循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統，CO₂循環子系統包括CO₂柱塞泵、超臨界加熱器、CO₂膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，CO₂依次流經CO₂柱塞泵、超臨界加熱器、CO₂膨脹機、冷凝器，CO₂膨脹機、發電機、負載依次連接。

本發明通過導熱油循環子系統加熱CO₂循環子系統中的CO₂，通過冷卻水循環子系統冷卻CO₂循環子系統中的CO₂，從而實現CO₂膨脹機膨脹做功，推動發電機發電，并由負載消耗電能，因此在實驗室中實現了采用CO₂為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO₂跨臨界動力循環技術的進一步發展。