太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统 |
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| 申请号 | CN202410038323.3 | 申请日 | 2024-01-09 | 公开(公告)号 | CN117722774A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 华能山东发电有限公司; 烟台500供热有限公司; 西安热工研究院有限公司; | 发明人 | 王垚; 李春晓; 贺凯; 孙立; 杜玉卓; 焦爱明; 王泽广; 邹广仁; 郑剑平; 王钰泽; 史耀辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出一种 太阳能 低温发电耦合吸收式 热 泵 能源 系统，包括：第一管路以及依次 串联 在第一管路上的有机介质容器、第一 循环泵 、第一 阀 、 太阳能集热器 、透平机和第一 冷凝器 ；第二管路、储热器和第二阀，第二管路的第一端口与第一管路连通且第一端口位于第一循环泵和太阳能集热器之间，第二管路的第二端口与第一管路连通且位于太阳能集热器与透平机之间，第二阀位于储热器和第二端口之间；和第三管路以及设置在第三管路上的第三阀和第二循环泵，第三管路的入口与第一管路连通且位于太阳能集热器的出口和第二端口之间，第三管路的出口与第二管路连通且位于储热器和第二端口之间，第三阀的出口与第二循环泵的入口连通。本发明能够全天持续稳定提供 能量 ，热循环效率高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统技术领域[0001] 本申请涉及清洁能源技术领域，具体涉及太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统。 背景技术[0004] 本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的： [0005] 由于太阳能具有偶然的间歇性，例如受乌云、阴雨天会影响太阳光照，并且太阳能仅存在于日间，不能全天持续稳定提供能量。 [0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统，包括：第一管路以及依次串联 在所述第一管路上的有机介质容器、第一循环泵、第一阀、太阳能集热器、透平机和第一冷 凝器；第二管路以及设置在所述第二管路上的储热器和第二阀，所述第二管路的第一端口 与所述第一管路连通且所述第一端口位于所述第一循环泵和所述太阳能集热器之间，所述 第二管路的第二端口与所述第一管路连通且位于所述太阳能集热器与所述透平机之间，所 述第二阀位于所述储热器和所述第二端口之间；和第三管路以及设置在所述第三管路上的 第三阀和第二循环泵，所述第三管路的入口与所述第一管路连通且位于所述太阳能集热器 的出口和所述第二端口之间，所述第三管路的出口与所述第二管路连通且位于所述储热器 和所述第二端口之间，所述第三阀的出口与所述第二循环泵的入口连通。 [0007] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：第四管路和设置在所述第四管路上的第四阀，所述第四管路的入口与所述第一管路连通且位于所 述太阳能集热器和所述透平机之间，所述第四管路的出口与所述第一管路连通且位于所述 透平机和第一冷凝器之间；热泵，所述热泵包括循环管路、连通管路以及通过所述连通管路 依次串联的发生器、第二冷凝器、蒸发器、吸收器和第三循环泵，所述发生器通过所述连通 管路连通，其中，所述发生器与所述第四管路耦合连接。 [0008] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：封闭循环管路和设置在所述封闭循环管路上的第四循环泵，所述封闭循环管路与所述第一冷凝器 和蒸饭器耦合连接。 [0009] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：供水管路，所述供水管路与所述吸收器和所述第二冷凝器耦合连接。 [0010] 在一些实施例中，所述热泵还包括换热器，所述换热器与所述循环管路和连通管路相接触。 [0011] 在一些实施例中，所述热泵还包括设置在所述循环管路上的第一膨胀阀和设置在所述连通管路上的第二膨胀阀。 [0012] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：依次设置在所述第三管路上的第一止回阀、第一流量调节阀和第五阀；和/或，设置在所述第一管 路上的第七阀，所述第七阀位于所述第三管路的入口和所述第二端口之间。 [0014] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：依次设置在所述第四管路上的第二止逆阀和第二流量调节阀。 [0015] 在一些实施例中，所述太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统还包括：光照传感器，用于感测外界光线强度；温度传感器，所述温度传感器设置于所述储热器；控制器，所 述控制器与所述光照传感器、所述温度传感器、所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀电连 接；所述控制器配置为：在所述光照传感器感测到外界光线强度高于第一阀值时，所述控制 器控制所述第一阀和所述第三阀打开、所述第二阀关闭；在所述光照传感器感测到外界光 线强度低于第一阀值且高于第二阀值、所述温度传感器感测到所述储热器的温度高于设定 温度值时，所述控制器控制所述第一阀和所述第二阀打开、所述第三阀关闭；在所述光照传 感器感测到外界光线强度低于第二阀值且所述温度传感器感测到所述储热器的温度高于 设定温度值时，所述控制器控制所述第二阀打开、所述第一阀和所述第三阀关闭。 [0016] 本发明实施例的太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统具有如下技术效果： [0017] (1)利用有机介质容器中较低沸点的有机介质，能够在较低温条件下循环运行，使系统能够在较低温条件下完成做功，适合低温热源小规模发电场景，降低对太阳能集热器 出口温度要求，能够在低温环境下运行；此外，将太阳能集热器与储热器搭配运行，降低太 阳能的波动性及偶然性影响，能够全天持续稳定提供能量。 [0018] (2)利用太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统中有机介质的热量作为热泵的驱动热源，将太阳能发电与热泵结合提高太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统整体能 源利用率。 [0020] 图1是根据本发明一些实施例提供的太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统示意图； [0021] 图2‑5是根据本发明一些实施例提供的太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统介质流向示意图； [0022] 图6是根据本发明另一些实施例提供的太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统介质流向示意图。 具体实施方式[0023] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0024] 参照图1，本发明提供一种太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100，包括：第一管路A、有机介质容器15、第一循环泵1、第一阀2、太阳能集热器3、透平机12、第一冷凝器 14、第二管路B、储热器6、第二阀7、第三阀8和第二循环泵29、第三管路C、第三阀8和第二循 环泵29。 [0025] 有机介质容器15、第一循环泵1、第一阀2、太阳能集热器3、透平机12和第一冷凝器14依次串联在第一管路A上。例如，有机介质容器15的出口与第一循环泵1的入口连通，第一 循环泵1的出口与第一阀2的入口连通，第一阀2的出口与太阳能集热器3的入口连通，太阳 能集热器3的出口与透平机12的入口连通，透平机12的出口与第一冷凝器14的入口连通，第 一冷凝器14的出口与有机介质容器15的入口连通。有机介质容器15用于缓存有机介质，有 机介质例可以是沸点较低的物质，例如CO2或R22。 [0026] 第二管路B的第一端口B‑1与第一管路A连通且第一端口B‑1位于第一循环泵1和太阳能集热器3之间，第二管路B的第二端口B‑2与第一管路A连通且位于太阳能集热器3与透 平机12之间，储热器6和第二阀7均设置在第二管路B上，第二阀7位于储热器6和第二端口B‑ 2之间。 [0027] 第三管路C的入口C‑1与第一管路A连通且位于太阳能集热器3的出口和第二端口B‑2之间，第三管路C的出口C‑2与第二管路B连通且位于储热器6和第二端口B‑2之间，第三 阀8和第二循环泵29均设置在第三管路C上，第三阀8的出口与第二循环泵29的入口连通。 [0028] 参见图2，在太阳光照强度充足的白天，第一阀2和第三阀8打开、第二阀7关闭，有机介质容器15中的低温液态介质依次经过第一循环泵1、第一阀2进入太阳能集热器3，低温 液态介质与太阳能集热器3换热后变为高温蒸汽，高温蒸汽从太阳能集热器3的出口排出并 分为两路，一路高温蒸汽进入透平机12中驱动透平机12做功并从透平机12的排汽口排出， 从排汽口排出的高温蒸汽进入到第一冷凝器14中，经过第一冷凝器14冷凝换热后变为低温 液体介质缓存在有机介质容器15中；另一路高温蒸汽经过第三阀8进入第三管路C中，通过 第二循环泵29泵送至储热器6中换热进行热量存储，从储热器6出口流出的换热后的介质返 回至第一管路A中从太阳能集热器3入口进入到太阳能集热器3中继续换热。上述技术方案 中，对太阳能实现了边储能边对透平机12做功的工作模式。 [0029] 参见图3，在太阳光照强度不足且储热器6存储有热量时，第一阀2和第二阀7打开、第三阀8关闭，有机介质容器15中的低温液态介质经过第一循环泵1后分为两路，一路低温 液态介质经过第一阀2进入太阳能集热器3，低温液态介质与太阳能集热器3换热后变为高 温蒸汽，高温蒸汽进入透平机12中驱动透平机12做功，另一路低温液态介质从第二管路B进 入到储热器6，低温液态介质与储热器6换热后变为高温蒸汽，高温蒸汽进入透平机12中驱 动透平机12做功，然后透平机12中的高温蒸汽从透平机12的排汽口排出，从排汽口排出的 高温蒸汽进入到第一冷凝器14中，经过第一冷凝器14冷凝换热后变为低温液体介质缓存在 有机介质容器15中。由于第三阀8关闭，从太阳能集热器3出口流出的高温蒸汽不进入第三 管路C，即不通过储热器6储热。上述技术方案中，实现了储热器6和太阳能集热器3对有机介 质联合换热，从而对透平机12联合做功模式。 [0030] 参见图4，在夜间无光照或者受乌云、阴雨天光照很弱时，第二阀7打开、第一阀2和第三阀8关闭，有机介质容器15中的低温液态介质经过第一循环泵1直接进入储热器6中进 行换热，经过换热的低温液态介质变为蒸汽，蒸汽进入透平机12中驱动透平机12做功，然后 透平机12中的高温蒸汽从透平机12的排汽口排出，从排汽口排出的高温蒸汽进入到第一冷 凝器14中，经过第一冷凝器14冷凝换热后变为低温液体介质缓存在有机介质容器15中。换 言之，从第一循环泵1出口流出的低温液态介质不进入太阳能集热器3。上述技术方案中，通 过储热器6单独对有机介质联合换热，从而对透平机12单独做功模式。 [0031] 相关技术中，太阳能发电基于朗肯循环的汽水循环，由于水蒸汽的热物性，一般需要达到370℃以上才能够高效运行，对于太阳能利用来说，获取这样高温度的热源需要大面 积敷设镜场，投资及运维成本较高，而且占用面积大，使技术应用受限。本发明的太阳能低 温发电耦合吸收式热泵能源系统利用有机介质容器中较低沸点的有机介质，能够在较低温 条件下循环运行，使系统能够在较低温条件下完成做功，适合低温热源小规模发电场景，降 低对太阳能集热器出口温度要求，能够在低温环境下运行；此外，将太阳能集热器与储热器 搭配运行，降低太阳能的波动性及偶然性影响，能够全天持续稳定提供能量。 [0032] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括光照传感器、温度传感器和控制器。光照传感器用于感测外界光线强度；温度传感器设置于储热器6， 用于感测储热器6热量。控制器与光照传感器、温度传感器、第一阀2、第二阀7和第三阀8电 连接。 [0033] 控制器配置为： [0034] 在光照传感器感测到外界光线强度高于第一阀值时，控制器控制第一阀2和第三阀8打开、第二阀7关闭。 [0035] 在光照传感器感测到外界光线强度低于第一阀值且高于第二阀值、温度传感器感测到储热器6的温度高于设定温度值时，控制器控制第一阀2和第二阀7打开、第三阀8关闭。 [0036] 在光照传感器感测到外界光线强度低于第二阀值且温度传感器感测到储热器6的温度高于设定温度值时，控制器控制第二阀7打开、第一阀2和第三阀8关闭。 [0037] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括设置在第一管路A上的第七阀4，第七阀4位于第三管路C的入口C‑1和第二端口B‑2之间。 [0038] 参见图5，在储热器6热量不足且不需要驱动透平机12做功时，第一阀2、第三阀8打开，第二阀7和第七阀4关闭，有机介质容器15中的低温液态介质经过第一循环泵1和第一阀 2进入太阳能集热器3换热后进入第三管路C中依次经过第三阀8、第二循环泵29后进入储热 器6进行储热，从储热器6出口流出的换热后的介质返回至第一管路A中从太阳能集热器3入 口进入到太阳能集热器3中继续换热，从而形成太阳能储热的过程。 [0039] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括与透平机12的叶片连接的发电机13。在透平机12利用蒸汽做功时带动发电机13发电。 [0040] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括依次设置在第三管路C上的第一止回阀9、第一流量调节阀10和第五阀11。第一止回阀9防止储热器6 中的介质倒流至太阳能集热器3。第一流量调节阀10可以根据储热两需要控制开度调节进 入储热器6中的介质流量。第五阀11用于控制第三管路C的出口C‑2开闭，配合第三阀8便于 对第三管路C上的第二循环泵29、第一流量调节阀10维修更换。 [0041] 此外，第一管路A上可以设置有位于第一阀2和第一循环泵1之间的第一球阀30。第二管路B上可以设置有位于储热器6和第二管路B的第一端口B‑1的第二球阀5。 [0042] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括第四管路D、第四阀16和热泵。 [0043] 第四阀16设置在第四管路D上，第四管路D的入口与第一管路A连通且位于太阳能集热器3和透平机12之间，第四管路D的出口与第一管路A连通且位于透平机12和第一冷凝 器14之间。 [0044] 热泵包括循环管路E1、连通管路E2以及通过连通管路E依次串联的发生器20、第二冷凝器25、蒸发器27、吸收器23和第三循环泵24，发生器20通过连通管路E2连通，其中，发生 器20与第四管路D耦合连接。耦合连接可以是发生器20与第四管路D直接接触或者间接接 触，以便二者实现换热。热泵还包括设置在循环管路E1上的第一膨胀阀26和设置在连通管 路E2上的第二膨胀阀21。 [0045] 第四阀16打开时，一部分有机介质蒸汽从第四管路D入口进入从第四管路D出口流出，流出的蒸汽进入第一冷凝器14降温冷凝。由于发生器20与第四管路D耦合，第四管路D将 有机介质的热量带入发生器20，作为热泵的驱动热源，使发生器20内的溴化锂稀溶液吸热 蒸发为浓溶液和水蒸气，水蒸气进入第二冷凝器25变为凝结水，凝结水经膨胀阀26降压后 落入蒸发器27吸收冷端余热蒸发，浓溶液在发生器20中经膨胀阀21降压后落至吸收器23， 与蒸发器27来的水蒸气混合放热形成稀溶液，稀溶液经第三循环泵24送入发生器20完成循 环。热泵还包括换热器22，换热器22与循环管路E1和连通管路E2相接触。用于将连通管路E2 中下落的浓溶液热量传递给循环管路E1上升的稀溶液。 [0046] 上述技术方案中，利用太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统中有机介质的热量作为热泵的驱动热源，将太阳能发电与热泵结合提高太阳能低温发电耦合吸收式热泵能 源系统整体能源利用率。 [0047] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括封闭循环管路F和设置在封闭循环管路F上的第四循环泵28，封闭循环管路F与第一冷凝器14和蒸饭 器27耦合连接。通过第四循环泵28使封闭循环管路F中的水循环流动，将第一冷凝器14中的 热量带到热泵的蒸发器27中，提高热泵的循环效率的同时有机工质循环热效率也得到提 升。 [0048] 在一些实施例中，太阳能低温发电耦合吸收式热泵能源系统100还包括供水管路G，供水管路G与吸收器23和第二冷凝器25耦合连接。供水管路G中的水经过第二冷凝器25换 热后升温作为热用户进水，热用户回水经过吸收器23对吸收器23中的溶液换热预热。 [0049] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0050] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三 个等，除非另有明确具体的限定。 [0051] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的 普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0053] 在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实 施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示 例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书 中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。 |
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