CN114382564A - 一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法，其中包括一种具备排出口的超临界二氧化碳涡轮机，包括高温回热器、低温回热器、压缩机、预冷器及太阳能加热器系统。该涡轮机可在约1022°F.（约550°C.）或更高温度下运行。
Description
技术领域
本发明公开了一种新型超临界二氧化碳涡轮机，具体而言涉及由可再生能源驱动的二氧化碳涡轮机。
背景技术
由于地球上供应的矿物燃料的枯竭和矿物燃料的消耗导致全球变暖，因此对清洁和可再生能源的需求不断增加。太阳能发电塔通过在塔上安装的收集器上接收高密度的太阳辐射，利用太阳光线发电。太阳能塔系统通常包括冷储槽、太阳能收集器、定日镜、热储槽和能量转换系统。在运行中，传热流体从蓄冷罐泵送至太阳能集热器。传热流体可以是任何介质，只要其具有传热能力且具有高耐热性即可。
传热介质在太阳能集热器中加热后，通常流入高温储热罐。这种传热流体储存在高温储热罐中贮存到需要发电为止。由于采用了高温储热罐装置，即使没有太阳光照的情况下可以发电。当需要产生电能时将热的传热介质从热储槽泵送至能量转换系统。传热流体在能量转换系统内传递热量。例如，能量转换系统可以是朗肯循环转换系统或布雷顿循环转换系统。布雷顿循环包括一个再生热交换器（也称为回热器），其效率通常高于朗肯循环，其效率约为34%至40%。失去热量的传热流体被送回蓄冷罐以供再次使用。
但是鉴于自然资源枯竭和空气污染导致的全球变暖，本领域亟待需要一种使用可再生能源发电的方法。此外，由于太阳能设备通常投资成本昂贵，因此本领域还需要一种高效且具有成本效益的发电方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法，其中涡轮机系统包括超临界二氧化碳涡轮机和太阳能加热系统。太阳能加热系统包括向超临界二氧化碳涡轮机提供热能的传热流体。
在操作过程中，传热流体储存在冷藏箱中。该传热流体通过泵送至太阳能收集器。定日镜改变来自太阳的辐射方向，并以高密度将其收集在太阳能收集器上。这种太阳能收集器将改变方向的太阳光转换成热能。当传热流体流过太阳能收集器时，它被密集收集的太阳能加热。太阳能收集器具备耐热特性，可承受约1065°F（约574°C）以上的温度。
传热流体在太阳能收集器中加热至所需温度，然后流入高温储罐。然后将传热流体储存在高温储热罐中，直到超临界二氧化碳系发电为止。高温储热罐即使在阴天或夜晚也能发电。当需要发电时，加热的传热流体通过热交换器从热储罐泵送至超临界二氧化碳系统以提供热能。当传热流体通过热交换器时，失去热能的传热流体迅速下降至约800°F.（约427°C）。该传热液被送回储冷罐，并储存在封闭循环太阳能加热系统中，直到再次使用。
附图说明
图1为本发明所述涡轮系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种实施例，图1为超临界二氧化碳涡轮机示意图，通常包括太阳能加热系统12和超临界二氧化碳涡轮系统14。太阳能加热系统12每天最多工作24小时，用于向超临界二氧化碳涡轮系统14提供热能。通过结合超临界二氧化碳涡轮系统14使用太阳能加热系统12，可以有效地使用超临界二氧化碳涡轮系统14，并且降低超临界二氧化碳涡轮系统14的电转换效率。
太阳能加热系统12通常包括循环系统16、蓄冷罐18、太阳能收集器20、定日镜22、蓄热罐24和热交换器26。循环系统16是一个允许传热流体流过太阳能加热系统12的系统，通常包括一条主线28、一条支线30、一个冷泵32a和一个热泵32b。主线28将传热流体从冷藏箱18输送至太阳能收集器20。辅助管路30将传热流体从热储液罐24以闭环方式输送至热交换器26，然后返回至冷储液罐18。传热流体由低温泵32a泵送至主线28，并由高温泵32b泵送至支线30。
在操作过程中，传热流体储存在冷藏箱18中。该传热流体通过泵32a泵送至太阳能收集器20。定日镜22改变来自太阳的辐射方向，并以高密度将其收集在太阳能收集器上。这种太阳能收集器将改变方向的太阳光转换成热能。当传热流体流过太阳能收集器20时，它被密集收集的太阳能加热。太阳能收集器20耐热，可承受约1065°F（约574°C）以上的温度。在一个实施例中，太阳能加热系统12是太阳能塔系统。
Claims (6)
1.一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法，包括高温回热器，其具有连接到超临界二氧化碳涡轮机的出口的第一入口和第一出口；低温回热器，其具有连接到高温回热器的第一出口的第一入口和第一出口；具有入口、第一出口和第二出口的第一阀，所述入口连接到所述冷回热器的第一出口；压缩机，其连接到所述第一阀的所述第一出口；连接到第一阀的第二出口的预冷器；还具备太阳能加热系统，其具有用于向超临界二氧化碳涡轮机供应热能的传热流体。
2.根据权利要求1所述的的太阳能加热系统中内置的传热流体，其特征在于：所述流体包含约50 wt%至约70 wt%硝酸钠及约30 wt%至约50 wt%硝酸钾，太阳能加热系统将传热流体加热至大于或等于约1065°F.（约574°C）的温度。
3.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳涡轮机，其中还包括热交换器，热能从传热流体转移到二氧化碳布雷顿循环工作流体之中。
4.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳涡轮机，其特征在于，所述高温回热器接收并冷却来自超临界二氧化碳涡轮机的布雷顿循环工作流体；低温回热器接收并冷却来自高温回热器的布雷顿循环工作流体；所述第一阀将低温回热器冷却的布雷顿循环工作流体分为流入预冷器的第一部分和不流入预冷器的第二部分。
5.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳涡轮机及向其提供热能的方法，其特征在于：其中超临界二氧化碳涡轮机在约1022°F.（约550°C）的入口温度下操作，传热流体向该超临界二氧化碳涡轮机提供热能。
6.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳涡轮机，其特征在于：可以将来自冷回热器的冷却布雷顿循环工作流体分为第一和第二部分：冷却布雷顿循环工作流体为第一部分；不冷却布雷顿循环工作流体为第二部分。
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