[發(fā)明專利]一種利用低品質(zhì)熱源的無泵發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711416170.8
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN107916959B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張信榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中能綠色精靈（北京）科技有限公司
• 主分類號: F01K7/00
• 分類號: F01K7/00;F01K25/06;F01K25/10
• 代理公司: 北京知果之信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11541
• 代理人: 唐海力

本發(fā)明公開了一種利用低品質(zhì)熱源的無泵發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法。本發(fā)明采用多個獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)中連接預(yù)熱裝置與預(yù)冷裝置的管路中設(shè)置渦流機(jī)，通過閥門控制每一個子系統(tǒng)獨(dú)立工作，利用高溫?zé)嵩磳︻A(yù)熱裝置傳遞熱量，低溫?zé)嵩磳︻A(yù)冷裝置傳遞冷量，使得產(chǎn)生溫度差，從而工質(zhì)從預(yù)熱裝置流向預(yù)冷裝置，帶動渦輪機(jī)做功發(fā)電；多個獨(dú)立的子系統(tǒng)獨(dú)立輪流，以錯開運(yùn)行時間的方式可實(shí)現(xiàn)趨于穩(wěn)定持續(xù)的電能輸出；利用高度差實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的再次利用，整個過程不需要使用工質(zhì)泵，一定程度減少了能耗，提高了低品位熱源的利用效率，減少了污染物的排放。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及一種利用低品質(zhì)熱源的無泵發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法。

背景技術(shù)

低品位熱能通常指溫度低于200℃的熱量。這類能源種類繁多，儲量豐富，包括城市余熱、工業(yè)余(廢)熱、農(nóng)業(yè)余熱、交通運(yùn)輸廢熱、太陽熱能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能、海洋溫差能等可再生能源。然而，低品位熱能傳統(tǒng)利用方式的熱利用效率較低，極大地阻礙了低品位熱能的利用，以致儲量較大的中低溫地?zé)崮軣o法開發(fā)。此外，一些低品位熱能，如工廠廢熱，在利用過程中一方面需要水進(jìn)行冷卻循環(huán)，造成水資源的浪費(fèi)；另一方面高于環(huán)境水域溫度的冷卻水排入環(huán)境后造成熱污染，危害生態(tài)健康。因此，如果能對低品位熱能進(jìn)行高效利用，則不僅可以節(jié)約大量高品位熱能，更能對環(huán)境產(chǎn)生積極影響。

關(guān)于如何高效利用低品位熱能，前人做了大量研究，思路以利用低品位熱能發(fā)電為主。有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic?Rankine?Cycle，簡稱ORC)低溫余熱發(fā)電技術(shù)是目前低溫發(fā)電的重要方式。根據(jù)部分主流ORC發(fā)電設(shè)備制造商網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)，低溫工況下ORC發(fā)電效率不超過20％，并且在實(shí)際工況偏離設(shè)計(jì)工況時，ORC的效率將顯著降低，加之有機(jī)工質(zhì)對環(huán)境的潛在危害，都成為限制這項(xiàng)技術(shù)推廣的重要原因。近年來，日本科學(xué)家Yamada等首先提出了一種無泵朗肯循環(huán)(Pumpless?Rankine-type?Cycle，PRC)，以R245fa為工質(zhì)，利用高低溫氣缸之間的壓力差，推動工質(zhì)流動，進(jìn)而帶動渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。這種系統(tǒng)因?yàn)椴捎瞄y門代替工質(zhì)泵，故而實(shí)現(xiàn)了“無泵”運(yùn)行，克服了有泵循環(huán)的缺陷。在相同工況(高溫90℃，低溫20℃)下，PRC比ORC熱效率高出6％左右。不足之處是，(1)PRC依舊無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的電能輸出；(2)R245fa的分子式為CF₃CH₂CHF₂，無毒，臭氧層破壞指數(shù)ODP為0，溫室效應(yīng)指數(shù)GWP為950。雖然其對臭氧層不具有破壞力，但卻是一種較為嚴(yán)重的溫室氣體；(3)PRC從壓縮角度而言是無泵循環(huán)，從換熱角度而言卻是有泵循環(huán)，這是無泵發(fā)電設(shè)計(jì)中的一個局限。

無泵發(fā)電循環(huán)屬于熱力學(xué)領(lǐng)域新型循環(huán)系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)性課題，對于傳熱基礎(chǔ)研究和熱功轉(zhuǎn)換過程的優(yōu)化等都有著指導(dǎo)意義。若能實(shí)現(xiàn)無泵發(fā)電系統(tǒng)的大范圍推廣，無疑將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種利用低品質(zhì)熱源的無泵發(fā)電系統(tǒng)，以混合天然流體的工質(zhì)結(jié)合低品位熱源進(jìn)行發(fā)電，聯(lián)合多套這樣的獨(dú)立系統(tǒng)，以錯開運(yùn)行時間的方式可實(shí)現(xiàn)趨于穩(wěn)定持續(xù)的電能輸出，并且不會污染環(huán)境。

本發(fā)明的一個目的在于提出一種利用低品質(zhì)熱源的無泵發(fā)電系統(tǒng)。