CN115523002B - 分布式发电循环系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式发电循环系统及控制方法，基于超临界二氧化碳布雷顿循环原理设置，包括核心机系统、发电机系统、热交换系统；包括第一调控系统，用于根据用电负荷控制气路流量和通断调整发电循环系统的发电效率和发电量；包括第二调控系统，用于控制气路流量及通断进而调整发电机系统的发电效率和发电量。本循环系统的核心机系统和发电机系统分布式布局，各机台独立响应，整体响应速度快；根据用电负荷变化，工作台数和流量实时调节，进而保持高效率的运转区间，发电量实时匹配用电负荷；系统改进为具有多个核心机组和多个发电机组的小功率级别旋转机械，可模块批量化生产，降低研制周期、生产成本，降低了维护修理难度和成本。

Description

分布式发电循环系统及控制方法

技术领域

本发明涉及热电转换技术领域，特别地，涉及一种分布式发电循环系统。此外，本发明还涉及一种用于上述分布式发电循环系统的控制方法。

背景技术

节能减排、提高能源利用效率是能源供应和环境保护的共同目标，近年来，超临界二氧化碳布雷顿循环受到国内外广泛关注。与火电常用的蒸汽朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环具备如下优势：（1）压缩功小，透平膨胀机入口温度高，热效率显著提高;（2）压缩机和透平膨胀机更加紧凑，系统的体积和成本大大降低;（3）超临界二氧化碳性质稳定，与设备材料反应弱;（4）超临界二氧化碳在余热回收过程中有良好的温度滑移匹配。超临界二氧化碳布雷顿循环所需热源温度为500℃-900℃，因此在核反应堆、燃煤电厂、余热回收、可再生能源应用等领域具备广阔应用前景。

目前国内外关于超临界二氧化碳布雷顿循环的应用研究仍处于起步阶段，发电量均在10MW以内，远低于应用在核反应堆、燃煤电厂等领域的蒸汽朗肯循环发电量。随着超临界二氧化碳布雷顿循环的应用技术不断发展，对发电量的要求将显著提高。此外，用电负荷会因季节、时段和热源形式等因素而产生变化。单一压缩机和透平膨胀机在用电负荷降低时，工作效率会降低，严重影响循环发电效率。

目前主要通过储能技术解决电网调峰问题，储能技术是当用电负荷降低时，通过电化学、电磁、机械，热储能等方法将发电站的电能储存，当用电负荷增加时输出能量，用于减轻电网波动。电化学储能主要是通过氧化还原反应进行能量的存储和释放，主要有铅酸电池、锂电池等。电磁储能主要是靠建立磁场或电场存储电能，主要有超导储能、超级电容器。机械储能主要是将电能转化为机械能的方式存储，主要有蓄水储能、压缩空气储能、和飞轮储能等。热能储能主要是将电能转化为热能的方式存储，主要有相变储能、熔盐蓄热储能等。

在现有的技术方案中，电化学储能需要大型电池组，电池在长期使用后，容量明显降低，电力系统对于电化学储能系统的寿命要求高，目前电化学储能技术难以满足。且电池在充放电过程中产生热量，不仅影响效率，还存在安全隐患。为了保证电池在正常温度范围内工作，还需对进行电池热管理，因此电池维护与更换增加了系统维护成本。并且目前电池回收技术尚存在较多问题，包括废旧电池的更换处理技术、安全运输技术、回收处理技术和资源再利用技术。电磁储能是靠建立电场或磁场存储电能，目前超导储能的超导材料技术还不成熟，关键技术有待突破。超导储能包含超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统，系统复杂度较高。并且超导储能对材料要求以及低温制冷要求高，导致成本很高，受到可靠性和经济性制约。超级电容器的电介质耐压很低，在实际使用中必须将多个电容器串联使用，需要增加充放电的控制回路，使每个电容器都工作在最佳工况下，这将增加系统控制成本。超级电容器储能相较于电池储能而言，其能量密度低、续航能力差，并且依赖于新材料的诞生，比如石墨烯。机械储能是靠建立磁场或电场存储电能。蓄水储能极其依赖地势，选址困难；投资周期较大且抽蓄损耗和线路损耗较大。压缩空气储能效率较低，因为空气受到压缩时温度会升高，空气膨胀的过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分能量以热能形式损耗，在膨胀之前必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源，这就导致储能效率降低。并且需要大型储气装置、一定的地质条件。飞轮储能能量密度不够高、自放电率高，如果停止充电，能量在几小时到几十小时内自行耗尽。热能储能主要是将电能转化为热能的方式存储。相变储能的储能密度较低并且相变介质在长期使用过程中，容易出现过冷、相分离、易老化等问题，影响储能密度和效率。熔盐蓄热储能需要对高温熔盐输送管路和蓄热罐进行保温和加热，预防熔盐冷凝固。熔盐的反复凝固和再热熔化对管路和管件产生应力疲劳的不利影响。硝酸类熔盐在超过600℃时化学不稳定性急剧增加，具有安全隐患。熔盐蓄热的放热过程不能恒温，并且系统运行过程中控制复杂。热能储能主要面临系统热损失与热电转化效率不高的问题。

因此，目前的各种储能技术主要面临的问题包括系统复杂度、成本、能量密度、使用寿命、能量转换效率等。

发明内容

本发明提供了一种分布式发电循环系统及控制方法，以解决现有电力系统应用储能系统导致的系统复杂、成本高、能量转换效率低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种分布式发电循环系统，基于超临界二氧化碳布雷顿循环原理设置，

包括核心机系统和发电机系统，所述核心机系统包括一组核心机组或多组并联的核心机组，所述核心机组包括一第一透平膨胀机以及与所述第一透平膨胀机驱动连接的一压缩机；所述发电机系统包括一组发电机组或多组并联的发电机组，所述发电机组包括一第二透平膨胀机以及与所述第二透平膨胀机驱动连接的一发电机；

还包括热交换系统，所述热交换系统包括预冷器、回热模块以及加热器，所述预冷器用于将二氧化碳降温后输入至各所述压缩机，所述加热器用于将所述二氧化碳加热后输入至各所述第一透平膨胀机和各所述第二透平膨胀机做功；所述回热模块具有高温侧和低温侧，所述高温侧用于收集各所述第一透平膨胀机和各所述第二透平膨胀机出口端做功后的二氧化碳并降温输出至所述预冷器投入循环，所述低温侧用于收集压缩机出口端的二氧化碳并利用高温侧余热升温后输出至所述加热器投入循环；

还包括第一调控系统，用于根据用电负荷控制所述预冷器的出口至各所述压缩机入口的气路流量和气路通断进而调整所述发电循环系统的发电效率和发电量；

还包括第二调控系统，用于根据用电负荷控制所述加热器的出口至各所述第一透平膨胀机的入口和各所述第二透平膨胀机的入口的气路流量及气路通断进而调整所述发电循环系统的发电效率和发电量。

作为一种优选方式，所述回热模块的高温侧出口接所述预冷器的入口，所述预冷器的出口接所述核心机系统的各所述压缩机的入口；各所述压缩机的出口接所述回热模块的低温侧入口，所述回热模块的低温侧出口接所述加热器的入口，所述加热器的出口分别接各所述第一透平膨胀机的入口和各所述第二透平膨胀机的入口，各所述第一透平膨胀机的出口和各所述第二透平膨胀机的出口接所述回热模块的高温侧入口；所述发电循环系统还包括储气罐，所述储气罐并联设置于所述回热模块的高温侧出口的气路管道上，所述储气罐的入口设置于靠近所述回热模块的高温侧出口的一侧。

作为一种优选方式，所述回热模块包括低温回热器和高温回热器；

所述低温回热器的低温侧出口与所述高温回热器的低温侧入口连接；

所述低温回热器的高温侧出口经第三调控系统分别与所述核心机系统的各所述压缩机的入口连接，所述第三调控系统用于控制所述低温回热器的高温侧出口至各所述压缩机的入口的气路流量和气路通断；

各所述压缩机的出口经第四调控系统与所述高温回热器的低温侧入口连接，所述第四调控系统用于控制所述压缩机与所述高温回热器的低温侧入口的气路流量和气路通断；

各所述压缩机的出口经第五调控系统与所述低温回热器的低温侧入口连接，所述第五调控系统用于控制所述压缩机出口与所述低温回热器的低温侧入口的气路流量和气路通断。

作为一种优选方式，所述第一调控系统于所述预冷器的出口至各所述压缩机入口的气路分别设置有第一阀门；所述第二调控系统于所述加热器出口至各所述第一透平膨胀机入口的气路分别设置有第二阀门，所述加热器出口至各所述第二透平膨胀机入口的气路分别设置有第三阀门；所述第三调控系统于所述低温回热器高温侧出口至各所述压缩机入口气路分别设置有第四阀门；所述第四调控系统分别于各所述压缩机出口至所述高温回热器的低温侧入口的气路设置有第五阀门；所述第五调控系统分别于各所述压缩机出口至所述低温回热器的低温侧入口的气路分别设置有第六阀门。

作为一种优选方式，所述核心机组的所述压缩机和所述第一透平膨胀机同轴设置；所述发电机组的所述第二透平膨胀机和所述发电机同轴设置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种分布式发电循环系统的控制方法，所述控制方法用于控制上述分布式发电循环系统，所述控制方法包括：

当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，基于再压缩式布雷顿循环原理控制所述发电循环系统，所述第一临界值为所述发电循环系统的最大用电负荷值；

当用电负荷处于第二临界值以下范围，基于简单布雷顿循环原理控制所述发电循环系统。

作为一种优选方式，所述核心机系统包括多组核心机组，所述发电机系统包括多组发电机组，当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，所述控制方法还包括：

将所述核心机系统的多组核心机组分为第一核心机分组和第二核心机分组；所述第二调控系统对应位置的气路开启；

将对应所述第一核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路开启，将对应所述第一核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路关闭；

将对应所述第二核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路开启，将对应所述第二核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路关闭；

当用电负荷增加时，通过所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统分别调节对应位置的气路流量和/或增加气路开启数量；

当用电负荷降低时，通过所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统分别调节对应位置的气路流量和/或减小气路开启数量。

作为一种优选方式，所述控制方法还包括：

基于再压缩式布雷顿循环的最优分流比分配第一核心机分组的核心机组数量及第二核心机分组的核心机组数量。

作为一种优选方式，当用电负荷处于第二临界值以下范围，所述控制方法还包括：

第三调控系统对应位置的气路关闭，第四调控系统对应位置气路关闭；

若用电负荷增加，通过第一调控系统增加对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统的对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统增加对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量；

若用电负荷降低，通过第一调控系统减少对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统减少对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量。

所述发电循环系统包括控制模块，所述控制方法还包括：所述控制模块根据用电负荷分别控制所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统。

本发明具有以下有益效果：当用电系统处于当前系统条件下的最高值，此时系统的发电量处于最高值，第一调控系统和第二调控系统对应位置的气路流量开至最大，回热模块高温侧出口的二氧化碳全部进入预冷器，其中，预冷器用于将二氧化碳降温至临界温度附近，压缩机进口二氧化碳温度越接近临界温度则循环效率越高，经预冷器冷却后的二氧化碳依次进入各核心机组的压缩机，压缩机出口的高压二氧化碳再依次经回热模块至加热器进行升温，加热器出口的高温高压二氧化碳分别进入核心机组的第一透平膨胀机和发电机组的第二透平膨胀机中做功，各透平膨胀机的出口将做功后的二氧化碳汇聚至回热模块高温侧，充分利用高温侧二氧化碳余热对另一路低温侧的二氧化碳辅助升温；

当用电负荷降低时，则通过第一调控系统、第二调控系统调节对应位置的气路流量进而调节各核心机组和各发电机组的转速从而调节循环发电效率和发电量；

当用电负荷进一步降低时，需求发电量降低，若继续减小核心机组和发电机组流量/转速则会导致旋转机械模块偏离最佳工况范围，发电效率降低，基于此，通过第一调控系统和第二调控系统对应关闭部分位置气路以关停至少一台核心机和/或至少一台发电机，使核心机组和发电机组处于最佳工况区域，发电循环系统处于最佳效率状态工作；用电负荷升高时工作原理同理；

本发电循环系统的核心机系统和发电机系统采用分布式布局方式，各发电机/核心机独立响应，系统整体响应速度快；各核心机组与各发电机组由各自的透平膨胀机驱动，增强压缩机和发电机的调控水平；发电循环系统根据用电负荷变化，核心机组、发电机组的工作台数和流量根据用电负荷实时调节，进而保证每台工作中的核心机/发电机处于高效率的运转区间，发电量实时匹配用电负荷保持高发电效率。本实施例通过动力源分布式布局，采用具有多个核心机组和多个发电机组的小功率级别旋转机械，并可实现模块批量化生产，大幅降低研制周期、生产成本，同时降低了维护与修理难度和成本；基于此，即可根据不同应用场景，选择不同数量的旋转机械模块进而灵活、快速匹配不同的输出功率需求；与现有发电系统相比，本发电循环系统无需储能系统即可应对用电负荷变化，无需设置储能系统同时可降低系统成本及系统复杂度、系统整体体积更小、维护工作量降低，并减少了能源转化过程进而降低损耗。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一的发电循环系统结构原理图；

图2是本发明实施例二的发电循环系统结构原理图。

1-5、核心机组 6-10、发电机组 11、预冷器 12、低温回热器 13、高温回热器 14、加热器 15、储气罐 18-22、第一阀门 23-27、第四阀门 28-32、第六阀门 33-37、第五阀门38-42、第二阀门 43-47、第三阀门

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

参照图1，本发明的实施例一提供了一种分布式发电循环系统，基于超临界二氧化碳布雷顿循环原理设置，

包括核心机系统和发电机系统，核心机系统包括一组核心机组或多组并联的核心机组，核心机组包括一第一透平膨胀机以及与第一透平膨胀机驱动连接的一压缩机；发电机系统包括一组发电机组或多组并联的发电机组，发电机组包括一第二透平膨胀机以及与第二透平膨胀机驱动连接的一发电机；

其中，本实施例中优选为多组发电机组和多组核心机组，在具体应用时，其数量根据应用环境的热源能力和发电需求设置；

还包括热交换系统，热交换系统包括预冷器11、回热模块以及加热器14，预冷器11用于将二氧化碳降温后输入至各压缩机，加热器14用于将二氧化碳加热后输入至各第一透平膨胀机和各第二透平膨胀机做功；回热模块具有高温侧和低温侧，高温侧用于收集各第一透平膨胀机和各第二透平膨胀机出口端做功后的二氧化碳并降温输出至预冷器11投入循环，低温侧用于收集压缩机出口端的二氧化碳并利用高温侧余热升温后输出至加热器投入循环；具体的，回热模块的高温侧出口接预冷器11的入口，预冷器11的出口接核心机系统的各压缩机的入口；各压缩机的出口接回热模块的低温侧入口，回热模块的低温侧出口接加热器14的入口，加热器14的出口分别接各第一透平膨胀机的入口和各第二透平膨胀机的入口，各第一透平膨胀机的出口和各第二透平膨胀机的出口接回热模块的高温侧入口；

还包括第一调控系统，用于根据用电负荷控制预冷器11的出口至各压缩机入口的气路流量和气路通断进而调整发电循环系统的发电效率和发电量；

还包括第二调控系统，用于根据用电负荷控制加热器14的出口至各第一透平膨胀机的入口和各第二透平膨胀机的入口的气路流量及气路通断进而调整发电机系统的发电效率和发电量；

可以理解的是，核心机组为压缩机与第一透平膨胀机组合构成的共体机，进而可作为旋转机械模块进行批量化生产，核心机组的压缩机和第一透平膨胀机同轴设置；同理，发电机组为发电机与第二透平膨胀机组合构成的共体机，发电机组的第二透平膨胀机和发电机同轴设置，同样可作为旋转机械模块进行批量化生产；其中，第一透平膨胀机和第二透平膨胀机可以是相同或不同规格的透平膨胀机，对其不做限制；

上述发电循环系统工作原理：当用电系统处于当前系统条件下的最高值，此时系统的发电量处于最高值，第一调控系统和第二调控系统对应位置的气路流量开至最大，回热模块高温侧出口的二氧化碳全部进入预冷器11，其中，预冷器11用于将二氧化碳降温至临界温度附近，压缩机进口二氧化碳温度越接近临界温度则循环效率越高，经预冷器11冷却后的二氧化碳依次进入各核心机组的压缩机，压缩机出口的高压二氧化碳再依次经回热模块至加热器14进行升温，加热器14出口的高温高压二氧化碳分别进入核心机组的第一透平膨胀机和发电机组的第二透平膨胀机中做功，各透平膨胀机的出口将做功后的二氧化碳汇聚至回热模块高温侧再至预冷器11降温，充分利用高温侧做功后的二氧化碳余热对另一路低温侧的二氧化碳辅助升温；

当用电负荷降低时，则通过第一调控系统、第二调控系统调节对应位置的气路流量进而调节各核心机组和各发电机组的转速从而调节循环发电效率和发电量；

当用电负荷进一步降低时，需求发电量降低，若继续减小核心机组和发电机组流量/转速则会导致旋转机械模块偏离最佳工况范围，发电效率降低，基于此，通过第一调控系统和第二调控系统对应关闭部分位置气路以关停至少一台核心机和/或至少一台发电机，使核心机组和发电机组处于最佳工况区域，发电循环系统处于最佳效率状态工作；用电负荷升高时工作原理同理；

本发电循环系统的核心机系统和发电机系统采用分布式布局方式，各台核心机/发电机独立响应，系统整体响应速度快；各核心机组与各发电机组由各自的透平膨胀机驱动，增强压缩机和发电机的调控水平；发电循环系统根据用电负荷变化，核心机组、发电机组的工作台数和流量根据用电负荷实时调节，进而保证每台工作中的核心机/发电机处于高效率的运转区间，发电量实时匹配用电负荷保持高发电效率。本实施例通过动力源分布式布局，采用具有多个核心机组和多个发电机组的小功率级别旋转机械，并可实现模块批量化生产，大幅降低研制周期、生产成本，同时降低了维护与修理难度和成本；基于此，即可根据不同应用场景，选择不同数量的旋转机械模块进而灵活、快速匹配不同的输出功率需求；与现有发电系统相比，本发电循环系统无需储能系统即可应对用电负荷变化，无需设置储能系统同时可降低系统成本及系统复杂度、系统整体体积更小、维护工作量降低，并减少了能源转化过程进而降低损耗。

可以理解的是，核心机组与发电机组的工作台数及流量不一定相同，只需控制工作状态中的核心机组与发电机组处于高效率的运转区间以保证循环发电效率。

实施例二

与实施例一的区别是，本实施例的回热模块包括低温回热器12和高温回热器13，其中，低温回热器12和高温回热器13在本实施例中为功能作用不同的回热器；低温回热器12的高温侧（图2所示低温回热器12内的第一排气路）的入口为高温端，出口为低温端；低温回热器12的低温侧（图2所示低温回热器12内的第二排气路）的入口为低温端，出口为高温端；高温回热器13的高温侧（图2所示高温回热器13内的第一排气路）的入口为高温端，出口为低温端；高温回热器13的低温侧（图2所示高温回热器13内的第二排气路）的入口为低温端，出口为高温端；

应当理解的是，本回热模块中的低温回热器12的数量及高温回热器13的数量综合考虑设置成本及回热效果等进行设置；

本实施例的发电循环系统还包括储气罐，储气罐并联设置于低温回热器12的高温侧出口的气路管道上，储气罐的入口设置于靠近低温回热器12的高温侧出口的一侧，储气罐用于存储二氧化碳，其进口设置阀门16且出口设置有阀门17，以根据发电循环系统的工作状态开大或关小或关闭阀门16、阀门17，以控制、调整发电循环系统的流量；

进一步的，低温回热器12的低温侧出口接高温回热器13的低温侧入口；

低温回热器12的高温侧出口经第三调控系统分别与核心机系统的各压缩机的入口连接，第三调控系统用于控制低温回热器12的高温侧出口至各压缩机的入口的气路流量和气路通断；

各压缩机的出口经第四调控系统接高温回热器13的低温侧入口，第四调控系统用于控制压缩机出口与高温回热器13的低温侧入口的之间的气路流量和气路通断；

各压缩机的出口经第五调控系统与低温回热器12的低温侧入口连接，第五调控系统用于控制压缩机出口与低温回热器12的低温侧入口的气路流量和气路通断；

可以理解的是，第一调控系统于预冷器11的出口至各压缩机的气路分别设置由第一阀门（即图2所示的阀门18-22）；第二调控系统于加热器14出口至各第一透平膨胀机的气路分别设置有第二阀门（即图2所示的阀门38-42）及于加热器14出口至各第二透平膨胀机的气路分别设置有第三阀门（即图2所示的阀门43-47）；第三调控系统于低温回热器12的高温侧出口至各压缩机入口气路分别设置有第四阀门（即图2所示的阀门23-27）；第四调控系统包括分别对应各压缩机出口至高温回热器13的低温侧入口的气路设置的第五阀门（即图2所示的阀门33-37）；第五调控系统包括分别对应各压缩机出口至低温回热器12的低温侧入口的气路设置的第六阀门（即图2所示的阀门28-32）。

基于上述技术方案，本实施例的发电循环系统的工作原理：

当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，其中第一临界值为本实施例发电循环系统的最大用电负荷值；将核心机系统的多组核心机组分为第一核心机分组和第二核心机分组；第二调控系统对应位置的气路开启；

将对应第一核心机分组的第一调控系统的气路及第五调控系统的气路开启，将对应第一核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路关闭；将对应第二核心机分组的第三调控系统的气路及第四调控系统的气路开启，将对应第二核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路关闭；

基于再压缩式布雷顿循环原理，对低温回热器12的高温侧出口的二氧化碳分流，一路进入预冷器11冷却至第一核心机分组压缩后由低温回热器12的低温侧入口进入低温回热器12吸热升温再至其低温侧出口，另一路直接进入第二核心机分组压缩后再与低温回热器12的低温侧出口二氧化碳汇合进入高温回热器13再至加热器14升温后分别进入核心机组的各第一透平膨胀机和发电机组的各第二透平膨胀机中做功；

当用电负荷增加时，通过第一调控系统、第二调控系统、第三调控系统、第四调控系统以及第五调控系统分别增加对应位置的气路开启数量进而增加工作状态的压缩机/第一膨胀机数量和/或第二膨胀机数量，和/或调节对应位置的气路流量；用电负荷处于第一临界值时系统气路流量处于最大状态；

当用电负荷降低时，通过第一调控系统、第二调控系统、第三调控系统、第四调控系统以及第五调控系统分别减少对应位置的气路开启数量进而减少工作状态的压缩机/第一膨胀机数量和/或第二膨胀机数量，和/或调节对应位置的气路流量；

当用电负荷处于第二临界值以下范围，将第三调控系统对应位置的气路关闭，第四调控系统对应位置的气路关闭，基于简单布雷顿循环原理控制发电循环系统，其具体步骤、原理同实施例一；

应当理解的是，当发电循环系统基于简单布雷顿循环原理运转时，各回热器即相当于组合为一回热模块进行使用；

需要说明的是，当发电循环系统处于再压缩式循环状态下，且用电负荷进一步降低至第二临界值以下时，若基于实施例一的工作原理关停核心机组和/或发电机组，则会导致循环的分流比偏离最佳区间（最佳分流比约为0.6），导致发电效率降低，因此，用电负荷降至第二临界值以下时，通过各调控系统（即阀门）切换气路，基于简单布雷顿循环工作，使发电循环系统保持最佳发电效率；

可以理解的是，第二临界值非固定值，根据系统的实际应用情况、环境等变动，目的在于保持发电循环系统具有较高的发电效率保证能源利用率；

本实施例的发电循环系统的具体循环方式根据用电负荷的变化，在再压缩式布雷顿循环和简单布雷顿循环间中自由切换，系统响应快，并可分别调节核心机组、发电机组工作台数与流量，使其处于高效率的运转区间，保证循环发电效率。

实施例三

本发明实施例三还提供一种用于实施例二的分布式发电循环系统的控制方法，包括：

当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，基于再压缩式布雷顿循环原理控制发电循环系统，第一临界值为发电循环系统的最大用电负荷值；

需要说明的是，核心机系统包括多组核心机组，发电机系统包括多组发电机组，本实施例以5组核心机组（即图2所示标号1-5）和5组发电机组（图2所示标号6-10）为例；当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，控制方法具体为：

将核心机系统的多组核心机组分为第一核心机分组和第二核心机分组，第二调控系统对应位置的气路开启；其中，基于再压缩式布雷顿循环的最优分流比（约0.6）分配第一核心机分组的核心机组数量及第二核心机分组的核心机组数量；即本实施例中第一核心机分组包括核心机组1-3，第二核心机分组包括核心机组4-5；

将对应第一核心机分组的第一调控系统的气路及第五调控系统的气路开启，将对应第一核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路关闭；

将对应第二核心机分组的第三调控系统的气路及第四调控系统的气路开启，将对应第二核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路关闭；

具体的，开启阀门38-47；开启阀门18-20，关闭阀门21、22；关闭阀门23-25，开启阀门26、27；开启阀门28-30，关闭阀门31、32；关闭阀门33-35，开启阀门36、37；

当用电负荷增加时，通过第一调控系统、第二调控系统、第三调控系统、第四调控系统以及第五调控系统分别增加对应位置的气路开启数量进而增加工作状态的压缩机/第一膨胀机数量和/或第二膨胀机数量，和/或调节对应位置的气路流量（即通过调节各阀门调节气路流量）；用电负荷处于第一临界值时系统气路流量处于最大状态；

当用电负荷降低时，通过第一调控系统、第二调控系统、第三调控系统、第四调控系统以及第五调控系统分别减少对应位置的气路开启数量进而减少工作状态的压缩机/第一膨胀机数量和/或第二膨胀机数量，和/或调节对应位置的气路流量；

当用电负荷处于第二临界值以下范围，基于简单布雷顿循环原理控制发电循环系统；具体的，当用电负荷处于第二临界值以下范围，第三调控系统的气路关闭，第四调控系统气路关闭（即阀门23-27关闭、阀门33-37关闭）；

若用电负荷降低，第一调控系统减少对应位置的气路开启数量进而减少工作状态的压缩机数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统减少对应位置的气路开启数量进而减少工作状态的第一膨胀机数量、第二膨胀机数量和/或调节气路流量。

其中，根据用电负荷降低而调节核心机系统和发电机系统的气路流量进而降低发电量使发电量与用电负荷匹配，同时，为了保证核心机系统和发电机系统处于较佳工况区域，使其处于最佳运转效率，关停部分核心机组和/或发电机组后再调整气路流量使其处于较佳运转效率保证发电系统的发电循环效率，提高能源利用率；

若用电负荷增加，通过第一调控系统增加对应位置的气路开启数量进而增加工作状态的压缩机数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统的对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统增加对应位置的气路开启数量进而增加工作状态的第一膨胀机数量、第二膨胀机数量和/或调节气路流量，原理同上。

通过使用本控制方法，发电循环系统的具体循环方式根据用电负荷的变化，在再压缩式布雷顿循环和简单布雷顿循环间中自由切换，系统响应快，并可根据用电负荷变化，分别实时调节核心机组、发电机组工作台数与流量，使其处于高效率的运转区间，保证循环发电效率，发电量实时匹配用电负荷保持高发电效率；可根据不同应用场景，选择不同数量的旋转机械模块进而灵活、快速匹配不同的输出功率需求。

在一些实施例中，发电循环系统还包括控制模块，控制模块根据用电负荷分别控制第一调控系统、第二调控系统、第三调控系统、第四调控系统以及第五调控系统；具体的，各阀门可以是通过电驱控制，也可以是手动控制，对其应当不做限制；在其他实施例中，各调控系统对气路的通断和流量控制方式、控制结构应当不做限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式发电循环系统，基于超临界二氧化碳布雷顿循环原理设置，其特征在于，

包括核心机系统和发电机系统，所述核心机系统包括一组核心机组或多组并联的核心机组，所述核心机组包括一第一透平膨胀机以及与所述第一透平膨胀机驱动连接的一压缩机；所述发电机系统包括一组发电机组或多组并联的发电机组，所述发电机组包括一第二透平膨胀机以及与所述第二透平膨胀机驱动连接的一发电机；

还包括热交换系统，所述热交换系统包括预冷器（11）、回热模块以及加热器（14），所述预冷器（11）用于将二氧化碳降温后输入至各所述压缩机，所述加热器（14）用于将所述二氧化碳加热后输入至各所述第一透平膨胀机和各所述第二透平膨胀机做功；所述回热模块具有高温侧和低温侧，所述高温侧用于收集各所述第一透平膨胀机和各所述第二透平膨胀机出口端做功后的二氧化碳并降温输出至所述预冷器（11）投入循环，所述低温侧用于收集压缩机出口端的二氧化碳并利用高温侧余热升温后输出至所述加热器投入循环；所述回热模块的高温侧出口接所述预冷器（11）的入口，所述预冷器（11）的出口接所述核心机系统的各所述压缩机的入口；各所述压缩机的出口接所述回热模块的低温侧入口，所述回热模块的低温侧出口接所述加热器（14）的入口，所述加热器（14）的出口分别接各所述第一透平膨胀机的入口和各所述第二透平膨胀机的入口，各所述第一透平膨胀机的出口和各所述第二透平膨胀机的出口接所述回热模块的高温侧入口；所述发电循环系统还包括储气罐，所述储气罐并联设置于所述回热模块的高温侧出口的气路管道上，所述储气罐的入口设置于靠近所述回热模块的高温侧出口的一侧；所述回热模块包括低温回热器（12）和高温回热器（13）；所述低温回热器（12）的低温侧出口与所述高温回热器（13）的低温侧入口连接；所述低温回热器（12）的高温侧出口经第三调控系统分别与所述核心机系统的各所述压缩机的入口连接，所述第三调控系统用于控制所述低温回热器（12）的高温侧出口至各所述压缩机的入口的气路流量和气路通断；各所述压缩机的出口经第四调控系统与所述高温回热器（13）的低温侧入口连接，所述第四调控系统用于控制所述压缩机与所述高温回热器（13）的低温侧入口的气路流量和气路通断；各所述压缩机的出口经第五调控系统与所述低温回热器（12）的低温侧入口连接，所述第五调控系统用于控制所述压缩机出口与所述低温回热器（12）的低温侧入口的气路流量和气路通断；

还包括第一调控系统，用于根据用电负荷控制所述预冷器（11）的出口至各所述压缩机入口的气路流量和气路通断进而调整所述发电循环系统的发电效率和发电量；

还包括第二调控系统，用于根据用电负荷控制所述加热器（14）的出口至各所述第一透平膨胀机的入口和各所述第二透平膨胀机的入口的气路流量及气路通断进而调整所述发电循环系统的发电效率和发电量；

所述第一调控系统于所述预冷器（11）的出口至各所述压缩机入口的气路分别设置有第一阀门；所述第二调控系统于所述加热器（14）出口至各所述第一透平膨胀机入口的气路分别设置有第二阀门，所述加热器（14）出口至各所述第二透平膨胀机入口的气路分别设置有第三阀门；所述第三调控系统于所述低温回热器（12）高温侧出口至各所述压缩机入口气路分别设置有第四阀门；所述第四调控系统分别于各所述压缩机出口至所述高温回热器（13）的低温侧入口的气路设置有第五阀门；所述第五调控系统分别于各所述压缩机出口至所述低温回热器（12）的低温侧入口的气路分别设置有第六阀门。

2.根据权利要求1所述的分布式发电循环系统，其特征在于，所述核心机组的所述压缩机和所述第一透平膨胀机同轴设置；所述发电机组的所述第二透平膨胀机和所述发电机同轴设置。

3.一种分布式发电循环系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制权利要求1所述的分布式发电循环系统，所述控制方法包括：

当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，基于再压缩式布雷顿循环原理控制所述发电循环系统，所述第一临界值为所述发电循环系统的最大用电负荷值；

当用电负荷处于第二临界值以下范围，基于简单布雷顿循环原理控制所述发电循环系统。

4.根据权利要求3所述的分布式发电循环系统的控制方法，其特征在于，所述核心机系统包括多组核心机组，所述发电机系统包括多组发电机组，当用电负荷范围处于第一临界值至第二临界值范围，所述控制方法还包括：

将所述核心机系统的多组核心机组分为第一核心机分组和第二核心机分组；所述第二调控系统对应位置的气路开启；

将对应所述第一核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路开启，将对应所述第一核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路关闭；

将对应所述第二核心机分组的第三调控系统对应位置的气路及第四调控系统对应位置的气路开启，将对应所述第二核心机分组的第一调控系统对应位置的气路及第五调控系统对应位置的气路关闭；

当用电负荷增加时，通过所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统分别调节对应位置的气路流量和/或增加气路开启数量；

当用电负荷降低时，通过所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统分别调节对应位置的气路流量和/或减小气路开启数量。

5.根据权利要求4所述的分布式发电循环系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

基于再压缩式布雷顿循环的最优分流比分配第一核心机分组的核心机组数量及第二核心机分组的核心机组数量。

6.根据权利要求3所述的分布式发电循环系统的控制方法，其特征在于，当用电负荷处于第二临界值以下范围，所述控制方法还包括：

第三调控系统对应位置的气路关闭，第四调控系统对应位置气路关闭；

若用电负荷增加，通过第一调控系统增加对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统的对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统增加对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量；

若用电负荷降低，通过第一调控系统减少对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量，根据第一调控系统对应位置的气路开启数量及气路流量通过第二调控系统减少对应位置的气路开启数量和/或调节气路流量。

7.根据权利要求4-6任一项所述的分布式发电循环系统的控制方法，其特征在于，所述发电循环系统包括控制模块，所述控制方法还包括：所述控制模块根据用电负荷分别控制所述第一调控系统、所述第二调控系统、所述第三调控系统、所述第四调控系统以及所述第五调控系统。