[發明專利]結合熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環系統及工作方法

在審

• 申請號: 202110331916.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112922684A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 陳偉雄;錢奕然;唐鑫;嚴俊杰;王進仕;劉明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K13/02;F01K17/02;F01D15/10;H02J7/35
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種結合熱光伏系統的多模式發電布雷頓循環系統及工作方法，主要應用于核電、太陽能等新型動力循環發電領域中；該系統包括熱光伏系統、蓄電池、壓縮機、回熱器、高溫熱源、分離閥、透平、發電機和冷卻器；通過調整分流閥開度，匹配兩種發電模塊的輸出功率，使系統在不同負荷要求下運行不同的發電方式，提高了系統的變負荷靈活性，實現了全工況自適應運行。

技術領域

本發明涉及一種多模式發電布雷頓循環系統，特別涉及一種結合了熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環系統及工作方法。

背景技術

布雷頓循環系統相對于傳統的蒸汽朗肯循環，具有循環效率高、系統結構緊湊等優勢，廣泛適用于燃煤發電、核電和太陽能光熱發電等領域。然而，在低負荷運行過程中，由于流量偏離了系統的設計工況，導致壓縮機和透平效率下降，進而導致布雷頓循環系統熱效率下降，不利于能量的高效利用。

熱光伏系統可以將高溫工質所產生的輻射能直接轉化為電能，具有高效、緊湊、功率密度高、響應速度快等顯著優點。將熱光伏系統與布雷頓循環系統結合，多種模式發電，有利于提高循環的靈活性，實現系統的全工況自適應運行。

發明內容

本發明是為了解決布雷頓循環系統在低負荷運行時效率較低的問題，提供一種結合熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環系統及工作方法，實現多種負荷下全工況自適應靈活運行。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種結合熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環系統，包括熱光伏系統1、蓄電池2、壓縮機3、回熱器4、高溫熱源5、分離閥6、透平7、發電機8和冷卻器9；

所述高溫熱源5的出口連接分離閥6的入口，分離閥6將進入熱光伏系統1的高溫工質分離出來，并從第一出口6.1輸送至熱光伏系統1的入口，熱光伏系統1的出口連接回熱器4的熱側入口4.3，熱光伏系統1內高溫工質的能量將以輻射能的形式釋放，并轉換成電能，并儲存在蓄電池2中；

所述分離閥6第二出口6.2連接透平7的進口，透平7的出口連接回熱器4的熱側進口4.3，透平7用于帶動發電機8產生電能，回熱器4用于回收透平7與熱光伏系統1排出工質的余熱，并用于加熱冷側高壓工質，回熱器熱側出口4.4連接冷卻器9入口，冷卻器9用于將工質冷卻到環境溫度，減小壓縮機3耗功，冷卻器9出口連接壓縮機3入口，在壓縮機3內工質經過壓縮成為高壓工質，壓縮機3出口連接回熱器4冷側入口4.1，回熱器4冷側出口4.2連接高溫熱源5入口。

本發明所述的結合熱光伏系統的多模式發電布雷頓循環系統，通過分流閥6改變高溫工質流量分配比，實現在不同負荷下啟用不同的發電模式。在低負荷條件下，利用熱光伏系統1代替布雷頓循環發電；高負荷條件下布雷頓循環單獨或與熱光伏系統1共同發電；快速變負荷時，利用熱光伏系統1的快速響應特性，通過優化熱光伏發電和布雷頓循環發電的配合運行方式，實現系統全工況自適應靈活運行。本發明所述結合熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環適用于新型動力循環領域。

附圖說明

圖1為本發明結合熱光伏技術的多模式布雷頓循環系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所述，本實施方式所述的結合熱光伏技術的多模式發電布雷頓循環系統，包括熱光伏系統1、蓄電池2、壓縮機3、回熱器4、高溫熱源5、分離閥6、透平7、發電機8和冷卻器9；

高溫熱源5的出口與分離閥6的入口相連，工質經過回熱器4熱側排熱、冷卻器9冷卻、壓縮機3壓縮、回熱器4冷側加熱、高溫熱源5加熱后，在分離閥6處被分為兩部分。一部分進入熱光伏系統1的高溫工質從分離閥6的第一出口6.1輸送至熱光伏系統1的入口，在熱光伏系統1內高溫工質的熱量以輻射能的形式釋放，通過熱光伏元件轉換成電能，并儲存在蓄電池2中，熱光伏系統1的出口與回熱器4的熱側入口4.3相連。當系統要求負荷較低時，開啟分離閥6的第一出口6.1關閉分離閥6的第二出口6.2，高溫工質全部進入熱光伏系統1。分離閥6第二出口6.2連接透平7的進口，透平7的出口與回熱器4的熱側入口4.3相連，高溫高壓工質在透平7內膨脹做功，推動透平7旋轉帶動發電機8產生電能。當系統要求負荷較高時，僅開啟分離閥6的第一出口6.1或分離閥6的第一出口6.1和第二出口6.2同時開啟，高溫工質進入透平7中，推動透平7帶動發電機8產生電能。在回熱器4內透平7與熱光伏系統1排出工質的余熱用于加熱冷側高壓工質，實現工質余熱回收利用，回熱器熱側出口4.4連接冷卻器9入口，冷卻器9將工質冷卻到環境溫度，冷卻器9出口連接壓縮機3入口，壓縮機3內工質壓力升高至循環最高壓力，壓縮機3出口連接回熱器4冷側入口4.1，回熱器4冷側出口4.2連接高溫熱源5入口，工質在高溫熱源5內被加熱成具有高溫高壓的工質，完成一次循環。在兩種發電模式同時運行時，利用熱光伏系統1的快速響應特性，通過先調節分流閥的第二出口6.2的開度，調整熱光伏系統發電功率，使系統整體負荷快速上升；而后再同時改變分流閥的第一出口6.1和第二出口6.2的開度，保持系統總功率不變，調節兩種發電模式的輸出功率，達到快速變負荷的要求。