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CN111306017A - 一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统 - Google Patents

一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统 Download PDF

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袁智威
李健
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Abstract

本发明涉及一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，包括由闪蒸分离器、蒸发器、二级预热器、膨胀机和发电机构成的朗肯循环系统，所述闪蒸分离器的入口与生产井相连，其出口I经过二级预热器的第一管路后连接回灌井，其出口II连接回灌井；所述膨胀机的排气口依次经过所述二级预热器的第二管路和蒸发器的第二管路后连接所述膨胀机的入口；所述蒸发器的第一管路与蓄热器的第二管路相连而形成循环回路；该蓄热器的第一管路与太阳能集热器相连而形成循环回路；所述膨胀机连接所述发电机。本发明可以提高膨胀机的入口温度，提升发电效率。同时，还可消除膨胀机的冷端损失，提高能源利用率。

Description

一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统
技术领域
本发明涉及一种热能装置，尤其是一种改良的有机朗肯循环热电系统，具体的说是一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统。
背景技术
可再生能源主要包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能等能源。随着化石燃料的消耗殆尽，大力发展可再生能源是当前的迫切要求，地热能和生物质能的合理开发利用越来越受到国家和行业的重视。
地热能作为可再生能源的一种，具有储量大、低碳、清洁等特点，可不受阴晴昼夜影响，稳定持续提供热量。按全世界年耗100亿吨标煤计算，地球陆地以下五公里内的岩石和地下水热量，可满足人类几万年能源之需要。
目前，常规的地热能发电系统，系统综合能源利用效率低，造成热量的浪费。主要原因有：1）膨胀机入口的温度不高，系统的发电效率低；2）膨胀机排气通过冷凝器放热，冷端损失大。
因此，需要对现有技术加以改进，以便提高效率和能源利用率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种地热能与太阳能耦合热电联供系统，可以提高膨胀机的入口温度，提升发电效率。同时，还可消除膨胀机的冷端损失，提高能源利用率。
本发明的技术方案是：
一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，包括由闪蒸分离器、蒸发器、二级预热器、膨胀机和发电机构成的有机朗肯循环系统，所述闪蒸分离器的入口与生产井相连，其出口I经过二级预热器的第一管路后连接回灌井，其出口II连接回灌井；所述膨胀机的排气口依次经过所述二级预热器的第二管路和所述蒸发器的第二管路后连接所述膨胀机的入口；所述蒸发器的第一管路与蓄热器的第二管路相连而形成循环回路；该蓄热器的第一管路与太阳能集热器相连而形成循环回路；所述膨胀机连接所述发电机。
进一步的，还包括一级预热器，其第一管路串联在所述闪蒸分离器的出口II与所述回灌井之间，其第二管路串联在所述膨胀机的排气口与所述二级换热器之间。
进一步的，还包括热网换热器；该热网换热器的第二管路与热用户相连，并形成循环回路；该热网换热器的第一管路串接在所述膨胀机排气口与所述一级预热器之间。
进一步的，所述热网换热器与热用户之间设有热水泵。
进一步的，所述一级预热器与所述热网换热器之间设有工质泵。
进一步的，所述太阳能集热器与所述蓄热器之间设有介质泵I。
进一步的，所述蒸发器与蓄热器之间设有介质泵II。
进一步的，所述一级预热器与二级预热器串接的管路上设有与该一级预热器和二级预热器相并接的旁路；该旁路上设有调节阀。
本发明的有益效果：
本发明可通过地热能对有机工质预热，通过太阳能对有机工质补热，提高有机工质膨胀机入口参数，提高系统发电效率。同时，还可将膨胀机排气的余热用于供热，减小冷端损失，提高了系统综合能源利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1-生产井；2-太阳能集热器；3-介质泵I；4-闪蒸分离器；5-蓄热器；6-蒸发器；7-介质泵II；8-二级预热器；9-一级预热器；10-调节阀；11-工质泵；12-膨胀机；13-发电机；14-热网换热器；15-热水泵；16-热用户；17-回灌井。图中箭头为介质或热水的流向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，包括生产井1、回灌井17、闪蒸分离器4、太阳能集热器2、蓄热器5、蒸发器6、一级预热器9、二级预热器8、膨胀机12、发电机13、热网换热器14和热用户16。
所述闪蒸分离器4的入口与生产井1相连，其出口I经过二级预热器8后连接回灌井17，其出口II经过所述一级预热器9后连接回灌井17，形成地热能系统。所述闪蒸分离器4可采用SZ-2型中温闪蒸分离器。
所述膨胀机12的排气口经过所述热网换热器14的第一管路、工质泵11、一级换热器9的第二管路、二级预热器8的第二管路和蒸发器6的第二管路后连接到该膨胀机12的入口，形成有机朗肯循环系统。所述蒸发器6的第一管路经过介质泵II 7后与蓄热器5的第二管路相连，并形成循环回路。所述蓄热器5的第一管路经过介质泵I 3后与太阳能集热器2相连，并形成循环回路。从而，可将所述太阳能加热器2作为补热装置，将其获取的太阳能通过所述蓄热器5和蒸发器6对有机朗肯循环系统中的有机工质进行补热，使所述膨胀机12的入口温度得到提高。进一步的，所述一级预热器9与二级预热器8串接的管路上设有与该一级预热器和二级预热器相并接的旁路，并在该旁路上设有调节阀10，以便对进入一级预热器9和二级预热器8的有机工质的流量进行调节。所述有机朗肯循环系统中的有机工质可选用R134a、R245fa等。所述一级预热器9和二级预热器8均可采用BEM型单程壳体封头管箱式换热器。所述调节阀10采用ZDLP电子式电动单座调节阀。所述太阳能集热器2可采用槽式抛物面太阳能集热器。所述蓄热器5可采用ＰＣＭ相变蓄热器。所述太阳能集热器2与蓄热器5之间可通过熔盐或导热油等载热介质进行热能传递。所述蒸发器6采用BXM型满液式换热器。
所述热网换热器14的第二管路经过热水泵15后连接热用户16，并形成闭环的的供热系统，使所述膨胀机12排气中的余热得到回收，提高能源利用率。所述热网换热器14可采用BIU型封头管箱U型管式换热器。
本发明的工作过程为：
从生产井出来的地热汽水混合物，通过闪蒸分离器产生地热闪蒸汽和地热凝液，其中地热凝液由出口II排出，为一级预热器提供热量。地热闪蒸汽由出口I排出，为二级预热器提供热量。地热闪蒸汽和地热凝液回收完热量后进入回灌井，实现循环利用。
在有机朗肯循环系统中，有机工质液体依次通过一级预热器、二级预热器和蒸发器后，被加热成较高温度的气体，该气体推动膨胀机做功，并由膨胀机带动发电机发电。做完功的有机工质气体从膨胀机排出，进入热网换热器被冷却为液体，进入工质泵完成整个有机朗肯循环。同时，太阳能集热器获取太阳能，并通过载热介质将太阳的热能传递给储热器。该储热器可对太阳热能进行储存，并通过储热器与蒸发器的回路，将太阳热能传递给朗肯循环回路中的有机工质，对有机工质进行补热，提高膨胀机入口端的有机工质的温度，使发电效率得到提升。当没有太阳时，所述储热器可利用其储能特性，继续为蒸发器提供热量。
膨胀机的排气进入热网换热器后，可将排气余热传递给热水用于供热，再通过热水泵将高温水送到热用户，减小冷端损失，提高能源的利用率。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，包括由闪蒸分离器、蒸发器、二级预热器、膨胀机和发电机构成的有机朗肯循环系统，其特征是：所述闪蒸分离器的入口与生产井相连，其出口I经过二级预热器的第一管路后连接回灌井，其出口II连接回灌井；所述膨胀机的排气口依次经过所述二级预热器的第二管路和所述蒸发器的第二管路后连接所述膨胀机的入口；所述蒸发器的第一管路与蓄热器的第二管路相连而形成循环回路；该蓄热器的第一管路与太阳能集热器相连而形成循环回路；所述膨胀机连接所述发电机。
2.根据权利要求1所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：还包括一级预热器，其第一管路串联在所述闪蒸分离器的出口II与所述回灌井之间，其第二管路串联在所述膨胀机的排气口与所述二级换热器之间。
3.根据权利要求2所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：还包括热网换热器；该热网换热器的第二管路与热用户相连，并形成循环回路；该热网换热器的第一管路串接在所述膨胀机排气口与所述一级预热器之间。
4.根据权利要求1所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：所述热网换热器与热用户之间设有热水泵。
5.根据权利要求2所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：所述一级预热器与所述热网换热器之间设有工质泵。
6.根据权利要求1所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：所述太阳能集热器与所述蓄热器之间设有介质泵I。
7.根据权利要求1所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：所述蒸发器与蓄热器之间设有介质泵II。
8.根据权利要求2所述的地热能与太阳能有机朗肯循环的热电联供系统，其特征是：所述一级预热器与二级预热器串接的管路上设有与该一级预热器和二级预热器相并接的旁路；该旁路上设有调节阀。
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